JP3610325B2 - Electron emitting device, method of manufacturing an electron source and image forming apparatus - Google Patents

Electron emitting device, method of manufacturing an electron source and image forming apparatus

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JP3610325B2
JP3610325B2 JP2001254636A JP2001254636A JP3610325B2 JP 3610325 B2 JP3610325 B2 JP 3610325B2 JP 2001254636 A JP2001254636 A JP 2001254636A JP 2001254636 A JP2001254636 A JP 2001254636A JP 3610325 B2 JP3610325 B2 JP 3610325B2
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    • H01J2201/30453Carbon types
    • H01J2201/30469Carbon nanotubes (CNTs)

Description

【0001】 [0001]
【発明の属する技術分野】 BACKGROUND OF THE INVENTION
本発明は、電子放出素子、電子源及び画像形成装置の製造方法に関するものである。 The present invention electron-emitting device, a method of manufacturing an electron source and an image forming apparatus.
【0002】 [0002]
【従来の技術】 BACKGROUND OF THE INVENTION
金属に対し10 V/cm以上の強電界をかけて金属表面から電子を放出させる電界放出型(FE型)電子放出素子が冷電子源の一つとして注目されている。 Metal over the more intense electric field 10 6 V / cm to field emission to emit electrons from the metal surface (FE type) electron-emitting device has attracted attention as one of cold electron sources.
【0003】 [0003]
FE型の冷電子源が実用化されれば、薄型の自発光画像表示装置が可能となり、消費電力の低減、軽量化にも貢献する。 If FE type cold electron source of it is practical, it is possible to thin self-light-emitting image display device, reduce power consumption, contributing to weight reduction.
【0004】 [0004]
縦型のFE型電子放出素子の構造を図14に示す。 The structure of a vertical FE type electron-emitting device shown in FIG. 14. なお、図中、141は基板、142はゲート電極(引き出し電極)、143はカソード電極(陰極電極)、144は絶縁層、145はエミッタ、146はアノード、147はアノードに照射される電子ビームの形状をあらわしている。 In the figure, 141 is a substrate, 142 is a gate electrode (extraction electrode), 143 denotes a cathode electrode (cathode electrode), 144 denotes an insulating layer, 145 is an emitter, 146 an anode, 147 of the electron beam is irradiated on the anode it represents the shape. カソード電極143上に配置された絶縁層144とゲート電極142との積層体に開口を形成し、この開口内に円錐状のエミッタ145を配置した構造(以下スピント型)である。 Forming an opening in the laminate of the cathode electrode 143 insulating layer 144 disposed on the gate electrode 142, a structure in which the conical emitters 145 in the opening (hereinafter Spindt type). このような構造は、例えばC. Such a structure, for example C. A. A. Spindt, ”Physical Properties of thin−film field emission cathodes with molybdenum cones”, J. Spindt, "Physical Properties of thin-film field emission cathodes with molybdenum cones", J. Appl. Appl. Phys. Phys. , 47, 5248 (1976) 等に開示されている。 It is disclosed in 47, 5248 (1976) and the like.
【0005】 [0005]
また、横型FE型電子放出素子の例としては、先端が先鋭化されたエミッタ電極と、エミッタ電極先端から電子を引き出すゲート電極(引き出し電極)とが基板と平行に形成され、ゲート電極とエミッタ電極とが対向する方向と直行した方向にコレクタ(本件ではアノードと呼ぶ)が構成されたものがある。 In addition, examples of the lateral FE type electron-emitting device, the tip and the emitter electrode is sharpened, the gate electrode extracting electrons from the emitter electrode tip and (extraction electrode) is formed in parallel with the substrate, the gate electrode and the emitter electrode Doo is what (referred to as anode at present) is configured collector in a direction perpendicular to the direction facing.
【0006】 [0006]
また、繊維状カーボンを用いた電子放出素子の例としては、特開平8−115652号公報や特開2000−223005号公報、ヨーロッパ公開特許EP−A1−1022763等に開示されている。 As examples of the electron emitting device using the fibrous carbon, JP-A-8-115652 and JP-2000-223005, JP-disclosed in European Patent Publication EP-A1-1022763 like.
【0007】 [0007]
【発明が解決しようとする課題】 [Problems that the Invention is to Solve
上記FE型電子放出素子で作製された電子源を用いた画像形成装置では、電子源から蛍光体までの距離Hと、電子放出素子と蛍光体間のアノード電圧Vaと、陰極電極と引き出し電極間の素子電圧Vfと、に応じた電子ビームスポット(以下ビーム径と呼ぶ)が得られる。 In the image forming apparatus using the electron source manufactured by the FE type electron-emitting device, the distance H from the electron source to the phosphor, the anode voltage Va between the electron-emitting device and a phosphor, between the cathode electrode and the extraction electrode and the element voltage Vf of the electron beam spot in accordance with (hereinafter referred to as the beam diameter) is obtained. 前述のビーム径はサブミリメートル程度であり、画像形成装置としては十分の解像度を持っている。 Beam diameter of the foregoing is about submillimeter, it has sufficient resolution as the image forming apparatus.
【0008】 [0008]
しかしながら、画像表示装置等の画像形成装置においては、近年、より高精細な解像度が要求されている。 However, in an image forming apparatus such as an image display device it has recently been required finer resolutions.
【0009】 [0009]
さらに、表示画素数の増大に伴い、駆動時には、電子放出素子の持つ素子容量に起因する消費電力が増大するため、素子容量の低減、素子電圧の低減と電子放出素子の効率向上が望まれていた。 Furthermore, with the increase in number of display pixels, during driving, since the power consumption due to the element capacitance of the electron-emitting device is increased, reduction in element capacity, it is desired to improve the performances of reducing the electron-emitting device of the device voltage It was.
【0010】 [0010]
また、電子放出素子の特性バラツキにより各画素の明るさに分布が生じることを防止するために、電子放出素子の特性の均一化が必要とされる。 Further, in order to prevent the distribution of brightness of each pixel by variation in characteristics of the electron-emitting device occurs, it is required uniformity of characteristics of the electron-emitting device.
【0011】 [0011]
このため、素子固有の容量低減、素子電圧の低減に加え、電子放出素子ごとの特性バラツキを低減することが望まれている。 Therefore, elements inherent capacitance reduction, in addition to the reduction in the device voltage, it is desirable to reduce the characteristic variation of each electron-emitting device.
【0012】 [0012]
前述の図14に示すスピント型電子放出素子では、引き出し電極142が基板141と積層されて構成されることで、大きなゲート容量と多数のエミッタ145との間に寄生容量が形成されていた。 The Spindt-type electron-emitting device shown in FIG. 14 described above, the extraction electrode 142 that is formed by laminating a substrate 141, a parasitic capacitance between the large gate capacitance and a plurality of emitter 145 had been formed. さらに、先鋭されていない金属コーンをエミッタ145として用いているために、素子電圧が数十Vと高く、容量性の消費電力が大きい欠点があった。 Furthermore, due to the use of metal cone which is not sharpened and as an emitter 145, a high device voltage of several tens V, the power consumption of the capacitive there is a large disadvantage.
【0013】 [0013]
また、取り出された電子ビームは広がるため、ビームの広がりを押さえるためには、集束電極が必要であった。 Further, since the spread of the electron beam taken out, in order to suppress the spread of the beam, it was necessary focusing electrode. 例えば特開平07−006714号公報には、電子を集束させるための電極を配置し、電子軌道を収束する手法が開示されている。 For example, Japanese Patent Laid-Open No. 07-006714, is arranged an electrode for focusing the electrons, a technique for convergence is disclosed electron trajectories. しかし、この手法では集束電極の付与による工程の複雑さと電子放出効率の低下等が問題であった。 However, such as reduction of complexity and the electron emission efficiency of the process by applying the focusing electrode it has been a problem in this technique.
【0014】 [0014]
また、一般的な横型FE型電子放出素子では陰極から放出された電子は、対向するゲート電極に衝突しやすい構成になっているため、効率(ゲート電極に流れる電子電流と陽極(アノード)に到達する電子電流の比)が低下するだけでなく、陽極(アノード)でのビーム形状が大きく広がる構造であった。 Further, the electrons emitted from the cathode common horizontal FE type electron-emitting device because the device has a collision easily configured to opposite the gate electrode, reaches the efficiency (electron current and the anode flowing to the gate electrode (anode) not only the ratio of the electron current) is reduced, the beam shape at the anode (the anode) was largely spread structure.
【0015】 [0015]
また、繊維状カーボンの集合体を用いた電子放出素子においては、各々の長さや形状の差が大きいと、局所的な電子放出(電界集中)現象が顕著になる。 Further, in the electron emitting device using the aggregate of fibrous carbon, the greater the difference in each of the length and shape, local electron emission (field concentration) phenomenon becomes conspicuous. そのため、局所的に電界集中した部分では電子放出に伴う電流密度が高くなり、その結果、素子としての電子放出特性の低下や素子の寿命の低下を招くことがあった。 Therefore, the localized electric field concentrated portions becomes high current density due to electron emission, so that there can cause a reduction in the service life of the reduction or elements of the electron emission characteristics of the element.
【0016】 [0016]
さらに、この様な素子を複数配列した画像形成装置等の場合、上記の現象により、電子放出素子毎のIe(放出電流)量に分布が生じ、画像の明暗を上手く表現できなくなったり、画像がチラついたりする等、画像形成装置の性能を低下させる原因となる。 Furthermore, in the case of an image forming apparatus or the like such a device a plurality of rows, the above-mentioned phenomenon, distribution occurs in Ie (emission current) of each electron-emitting device, or can no longer be successfully express the contrast of the image, the image is etc. to or with fliers, it causes a decrease in performance of the image forming apparatus.
【0017】 [0017]
本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、電子放出特性の均一化を図ることで、耐久性に優れた電子放出素子、電子源、さらには長期にわたって均一な表示特性を有する画像形成装置を容易に作製可能とする電子放出素子、電子源及び画像形成装置の製造方法を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object, by achieving uniform electron emission characteristics, the electron-emitting device having excellent durability, an electron source, more long-term the electron-emitting device to easily produce an image forming apparatus having a uniform display characteristic is to provide a method of manufacturing an electron source and an image forming apparatus.
【0018】 [0018]
【課題を解決するための手段】 In order to solve the problems]
上記目的を達成するために本発明の電子放出素子の製造方法にあっては、 電子放出素子の製造方法であって、複数の繊維状カーボンを備えた陰極電極が設けられた基板を用意する工程と、前記陰極電極に対向する対向電極を配置する工程と減圧雰囲気中において、前記対向電極の電位が前記陰極電極の電位よりも高くなるように前記陰極電極と前記対向電極との間にパルス電圧を繰り返し印加することにより、前記繊維状カーボンを部分的に除去する工程と、を有することを特徴とする。 In the method of manufacturing an electron-emitting device of the present invention in order to achieve the above object, there is provided a method of manufacturing an electron-emitting device, the step of preparing a substrate provided with a cathode electrode having a plurality of fibrous carbon When, placing a counter electrode opposed to the cathode electrode, in a vacuum atmosphere, the pulse between the cathode electrode such that the potential of the counter electrode becomes higher than the potential of the cathode electrode and the counter electrode by repeatedly applying voltage, and having a step of removing the fibrous carbon partially.
【0020】 [0020]
また、 前記陰極電極と前記対向電極との間に電圧を印加する工程が、前記繊維状カーボンと反応し得る反応ガスを含む雰囲気中で行われることが好ましい。 Furthermore, applying a voltage between the cathode electrode and the counter electrode is preferably performed in an atmosphere containing a reactive gas capable of reacting with the fibrous carbon. この工程により、前記繊維状カーボンの電界が集中する箇所を局所的に反応させて前記箇所を部分的にエッチングすることができ、その結果安定で均一性の高い電子放出素子、電子源及び画像形成装置を形成することができる。 This step locally reacting a portion where the electric field of the fibrous carbon is concentrated the portion can be partially etched, so that stable high uniformity electron-emitting device, electron source and image forming it is possible to form the device.
【0021】 [0021]
前記繊維状カーボンと反応し得るガスは、H 2 、H 2 O、O 2又はCO 2を含むガスであることが好適である。 The fibrous carbon gas that may reaction, it is preferable that a gas containing H 2, H 2 O, O 2 or CO 2. あるいはまた、前記繊維状カーボンと反応し得るガスは、H 2 O、O 2 、CO 2の中から選ばれたガスと、H 2ガスと、の混合ガスであることが好適である。 Alternatively, the fibrous carbon gas that may reaction is, H 2 O, a gas selected from among O 2, CO 2, it is preferred that the H 2 gas, a mixed gas.
【0022】 [0022]
【発明の実施の形態】 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。 With reference to the drawings will be illustratively described in detail preferred embodiments of the present invention. ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。 However, the dimensions of the components described in this embodiment, the material, shape, and relative arrangement, unless otherwise specifically described, intended to limit the scope of the invention only to them Absent.
【0023】 [0023]
まず、本発明の特徴である電子放出素子の電子放出特性の均一化処理について、以下に説明する。 First, the homogenization process of the electron emission characteristics of the electron-emitting device which is a feature of the present invention will be described below.
【0024】 [0024]
本発明では、電子放出素子の電子放出部材として繊維状カーボンを用いることが最も好ましい。 In the present invention, it is most preferable to use a fibrous carbon as an electron emission member of the electron-emitting device. 繊維状カーボンは縦横比が非常に大きいため、電界をエンハンスさせ易い。 Since fibrous carbon has a very large aspect ratio, which makes it easy to enhance the electric field. そのために、低電圧で電子を放出させることが可能であり、本発明の電子放出部材として好ましく用いられる。 Therefore, it is possible to emit electrons at a low voltage, it is preferably used as the electron-emitting member of the present invention.
【0025】 [0025]
なお、本発明における「繊維状カーボン」とは、「炭素を主成分とする柱状物質」あるいは、「炭素を主成分とする線状物質」ということもできる。 Note that the "fibrous carbon" in the present invention, a "columnar substance containing carbon as a main component" or may be "linear substance containing carbon as a main component". また、「繊維状カーボン」とは、「炭素を主成分とするファイバー」ということもできる。 In addition, the "fibrous carbon", can also be referred to as "fiber containing carbon as a main component". そして、また、本発明における「繊維状カーボン」とは、より具体的には、カーボンナノチューブ、グラファイトナノファイバー、アモルファスカーボンファイバーを含む。 Then, also, as "fibrous carbon" in the present invention, more specifically, including carbon nanotubes, graphite nanofibers, amorphous carbon fibers. そして、中でも、グラファイトナノファイバーが電子放出部材として最も好ましい。 Then, among them, the graphite nanofiber is most preferable as the electron-emitting member.
【0026】 [0026]
しかし、電子放出部材として繊維状カーボンを用いる際には、その製法上、複数の繊維状カーボンの集合体として用いる場合が多い。 However, when using fibrous carbon as an electron-emitting member, its manufacturing method, is often used as an aggregate of a plurality of fibrous carbon. また、その個々の繊維状カーボンの太さや長さ等の形状を揃えることが難しいために、複数の繊維状カーボンからなる集合体をそのまま電子放出素子の電子放出部材として用いてしまうと、電子放出素子毎の特性のバラツキを引き起こす場合が多い。 Further, the it is difficult to align the shape such as the thickness and length of the individual fibrous carbon and the aggregate comprising a plurality of fibrous carbon become directly used as an electron emission member of the electron-emitting device, an electron emission may cause variations in the characteristics of each element is large.
【0027】 [0027]
そこで、本発明では、複数の繊維状カーボンを電子放出部材として用いた電子放出素子の電子放出特性を制御するために、各電子放出素子間の電子放出特性差を低減せしめる処理(均一化)を行う。 Therefore, in the present invention, in order to control the electron emission characteristics of the electron emitting device using a plurality of fibrous carbon as an electron-emitting member, processing capable of reducing an electron emission characteristic differences between the electron-emitting devices (the uniform) do.
【0028】 [0028]
本発明に係る電子放出素子の製造方法の特徴である「均一化処理」は、電子放出素子を構成する一対の電極のうち、駆動時にもう一方の電極(引き出し電極)よりも低い電位が印加される電極(陰極電極)上に複数の繊維状カーボン(ファイバー)を配置した後に、電子放出素子に電圧を印加するという方法である。 Is a feature of the manufacturing method of the electron-emitting device according to the present invention, "homogeneous process", of the pair of electrodes of the electron-emitting device, low potential is applied than the other electrode during driving (extraction electrode) It electrodes a plurality of fibrous carbon (cathode) on (fiber) after placement that is a method of applying a voltage to the electron-emitting device.
【0029】 [0029]
この方法は、特に、複数の電子放出素子を用いて電子源や画像形成装置等を形成する場合に簡便で非常に有効な方法である。 This method is particularly simple and very effective method in the case of forming an electron source and an image forming apparatus such as by using a plurality of electron-emitting devices.
【0030】 [0030]
また、本発明における「均一化処理」は、複数の電子放出素子間の電子放出特性差を低減するものだけでなく、1つの電子放出素子の電子放出特性を向上させるものをも含む。 Further, "uniform treatment" in the present invention is not limited to reduce the electron emission characteristic differences among the plurality of electron-emitting devices, including those for improving the electron emission characteristic of the single electron emission element.
【0031】 [0031]
即ち、繊維状カーボンを形成した直後の電子放出素子においては、複数の繊維状カーボンの形態に差があることは前述した通りである。 That is, in the electron emission device immediately after formation of the fibrous carbon is that there is a difference in the form of a plurality of fibrous carbon is as described above. そのような素子には、特異的に電界が集中する箇所が形成されている場合がある。 Such elements, specifically it may place the electric field is concentrated is formed. そのような電界が特異的に集中する形態を持つ電子放出素子を駆動していると、その特異箇所から集中的に電子放出が行われ、その箇所に負荷が過大に生じ、その結果、電子放出特性が急激に損なわれるなどして、電子放出素子として満足な性能が得られなくなる場合がある。 When such an electric field is driving the electron-emitting device having the form of specifically focused, is performed centrally electron emission from the specific point, the load on that portion occurs in excessive As a result, the electron emission and such characteristics are rapidly impaired, there may not be obtained satisfactory performance as an electron-emitting device.
【0032】 [0032]
そのため、本発明の「均一化処理」を行うことで、上述したような特異的に電界が集中する箇所を除去し、多数の繊維状カーボンから平均的に電子を放出するようにし(電子放出のエミッションサイト数を増加させ)、その結果、長期に渡って安定で良好な電子放出特性を持つ電子放出素子を得ることができる。 Therefore, by performing the "homogenization process" of the present invention to remove portions of specifically field as described above it is concentrated, averagely so as to emit electrons from a number of fibrous carbon (electron-emitting emission sites number increases), the result, it is possible to obtain an electron-emitting device having stable and excellent electron emission characteristics for a long time.
【0033】 [0033]
また、本発明における上記「均一化処理」は、繊維状カーボンと反応する物質を含む雰囲気下で、素子に電圧を印加することが好ましい。 Further, the "uniform treatment" in the present invention, in an atmosphere containing a substance that reacts with carbon fibers, it is preferable to apply a voltage to the device.
【0034】 [0034]
この均一化処理の原理は、電子放出部である繊維状カーボンから電子が真空中に放出される際に発生する熱を利用して、エッチングを行うものである。 The principle of this homogenization process, utilizing the heat generated from the fibrous carbon is an electron-emitting portion when the electrons are emitted into a vacuum, and performs etching. また、特に繊維状カーボンと反応する物質を含む雰囲気中で行う場合には、雰囲気中に含まれる反応性物質と繊維状カーボンを選択的に反応させ、部分的にエッチングを行うというものである。 Further, particularly when carried out in an atmosphere containing a substance that reacts with the fibrous carbon, selective reaction of the reactive material and the fibrous carbon contained in the atmosphere, is that for partial etching.
【0035】 [0035]
繊維状カーボンは、カーボンを主成分とするものであるため、 Because the filamentous carbon is mainly composed of carbon,
C + H O → H ↑ + CO↑ ・・・(1) C + H 2 O → H 2 ↑ + CO ↑ ··· (1)
C + O → CO ↑ ・・・(2) C + O 2 → CO 2 ↑ ··· (2)
2C + O → 2CO↑ ・・・(3) 2C + O 2 → 2CO ↑ ··· (3)
C + CO → 2CO↑ ・・・(4) C + CO 2 → 2CO ↑ ··· (4)
以上のような反応が有効である。 Above reactions is valid.
【0036】 [0036]
そのため、H O、CO 、O 、H 等が繊維状カーボンと反応する物質として有効である。 Therefore, it is effective as a substance H 2 O, CO 2, O 2, H 2 or the like is reacted with fibrous carbon.
【0037】 [0037]
図2に繊維状カーボンを電子放出部材とした横型FE型電子放出素子を例とした本発明の均一化処理の一例を模式図で示した。 An example of a homogenization treatment of the present invention in the lateral FE type electron-emitting device and the fibrous carbon as the electron-emitting member in Example 2 shown in schematic view.
【0038】 [0038]
図2において、1は絶縁性の基板、2は引き出し電極(「第2電極」または「ゲート電極」とも言う)、3は陰極電極(「第1電極」または「カソード電極」とも言う)、4は陰極電極に電気的に接続された複数の繊維状カーボン(「ファイバー」とも言う)からなる電子放出部材である。 2, reference numeral 1 denotes an insulating substrate, 2 is the extraction electrode (also referred to as a "second electrode" or "gate electrode"), 3 (also referred to as "first electrode" or "cathode") cathode electrode, 4 it is an electron-emitting member including a plurality of fibrous carbon which is electrically connected to the cathode electrode (also referred to as "fiber"). また、20は真空装置、21は基板ホルダ、22はガス導入バルブ、23は排気装置、24は陽極(「アノード」または「第3電極」とも言う)、25は等電位面である。 Further, 20 is a vacuum device, 21 denotes a substrate holder, 22 is a gas inlet valve, 23 is an exhaust system, 24 (also referred to as "anode" or "third electrode") anode, 25 denotes an equipotential surface.
【0039】 [0039]
ここでは、横型FE型電子放出素子の例を示したが、本発明の製造方法は図14に示した様な縦型FE型電子放出素子の電子放出部材として繊維状カーボンを用いたものにも好ましく適用可能である。 Here, an example of the lateral FE type electron-emitting device, the production method of the present invention to those using fibrous carbon as an electron-emitting member a vertical FE type electron-emitting device as shown in FIG. 14 preferably applicable. 尚、縦型FE型電子放出素子に比べ、横型FE型電子放出素子の方が、製造が簡易であると共に、駆動時の容量成分が少ないため、高速駆動ができるので好ましい素子である。 Incidentally, compared to the vertical type FE type electron-emitting device, toward the lateral FE type electron-emitting device, the manufacturing is simple, since the capacity component at the time of driving is small, the preferred element because it is high-speed driving.
【0040】 [0040]
また、図14に示した縦型のFE型電子放出素子は、カソード電極143とゲート電極142を含むが、繊維状カーボンは低電界で電子放出することが可能なので、図14におけるゲート電極142、絶縁層144を省いた構造の縦型のFE型電子放出素子にも本発明は適用可能である。 Further, vertical FE type electron-emitting device shown in FIG. 14, including the cathode electrode 143 and the gate electrode 142, the fibrous carbon since it is possible to emit electrons at low electric field, the gate electrode 142 in FIG. 14, also the present invention to vertical FE type electron-emitting device having a structure omitting the insulating layer 144 is applicable. 即ち、基板141上に配置されたカソード電極143と、その上に配置された繊維状カーボンとで電子放出素子を構成したものにも本発明は適用できる。 That is, a cathode electrode 143 disposed on the substrate 141, but the present invention to those constituting the electron-emitting device in the arranged carbon fibers thereon can be applied.
【0041】 [0041]
縦型FE型電子放出素子の場合には、繊維状カーボンが配置されたカソード電極(図14の符号143)とアノード(図14の符号146)との間に、後述する「均一化処理」において行なわれる電圧印加と同様の電圧印加処理を行うことによって行うことができる。 In the case of a vertical FE type electron-emitting device, between the cathode electrode fibrous carbon is disposed (reference numeral 143 in FIG. 14) and the anode (reference numeral 146 in FIG. 14), in the "homogenization process" to be described later similar voltage application processing and a voltage application performed can be done by performing. あるいはまた、繊維状カーボンが配置されたカソード電極(図14の符号143)と、カソード電極とアノード(図14の符号146)との間に配置されたゲート電極(図14の符号142)と、の間に、後述する「均一化処理」において行なわれる電圧印加と同様の電圧印加処理を行うことによっても行うことができる。 Alternatively, the cathode electrode fibrous carbon is disposed (reference numeral 143 in FIG. 14), a cathode electrode and an anode arranged gate electrode between the (reference numeral 146 in FIG. 14) (reference numeral 142 in FIG. 14), during, it can also be carried out by performing the same voltage application processing and a voltage application performed in the "homogenization process" to be described later.
【0042】 [0042]
また、均一化処理は、繊維状カーボンが配置されたカソード電極の上方に、別途、電極板を配置し、この電極板とカソード電極との間に後述する「均一化処理」において行なわれる電圧印加と同様の電圧印加処理を行うことによっても行うことができる。 Moreover, uniform treatment is above the cathode electrode fibrous carbon is placed, separately, the electrode plates are arranged, the voltage application performed in the "homogenization process" to be described later between the electrode plate and the cathode electrode it can also be carried out by performing the same voltage application processing.
【0043】 [0043]
均一化処理は、真空装置20内を、排気装置23により十分に排気した後、ガス導入バルブ22より繊維状カーボンと反応する「反応ガス」を導入する。 Homogenization treatment, a vacuum apparatus 20 was fully exhausted by the exhaust device 23, introduces a "reaction gases" that reacts with fibrous carbon from the gas inlet valve 22. 次に、繊維状カーボンの電子放出部材4に対して、引き出し電極2が正となるような電圧をかけ、繊維状カーボンの電子放出部材4から電子を放出させる。 Next, the electron-emitting member 4 of the fibrous carbon, a voltage is applied such that the extraction electrode 2 is positive, electrons are emitted from the electron-emitting member 4 of the fibrous carbon. すると繊維状カーボンの電子放出部材4では、電子放出の熱等により上記(1)〜(4)式の反応が右に進行して、繊維状カーボンの電子放出部材4がエッチングされる(図2(a))。 In the electron emitting member 4 of the fibrous carbon Then, by heat or the like of the electron-emitting reaction of (1) to (4) progresses to the right, the electron emitting member 4 of the fibrous carbon is etched (FIG. 2 (a)).
【0044】 [0044]
上記の反応の進行中は、ガス導入バルブ22によって絶えず上記(1)〜(4)式の左辺の反応ガスを導入すると同時に、排気装置23によって右辺の生成物を排気して、上記の反応式を右に進行させる。 During the course of the above reaction is, at the same time the introduction of constantly above (1) to (4) of the left side of the reaction gas by a gas inlet valve 22, exhaust the right side of the product by the exhaust device 23, the above reaction scheme It is allowed to proceed to the right.
【0045】 [0045]
反応によっては可逆変化である場合もあるので、反応生成物が直ちに反応系から取り除かれるようにしておく。 Since the reaction also be a reversible change, the reaction product is left as soon as removed from the reaction system.
【0046】 [0046]
また、反応ガスと電子放出部材4との反応を促進するために、電子放出休止時間を作るとよいので、電子放出部材4と引き出し電極2との間に印加する電圧はパルス電圧であることが好ましい。 Further, in order to accelerate the reaction between the reactive gas and the electron-emitting member 4, so could create an electron emission pause time, it is that the voltage applied between the electrodes 2 and withdrawing electron-emitting member 4 is a pulse voltage preferable.
【0047】 [0047]
ここで、反応の駆動力は電子放出の熱であるので、電子放出部材4がカーボン繊維の集合体において、より電子放出し易い(電界がエンハンスされ易い)部分が集中的に反応してエッチングされる。 Here, since the driving force of the reaction is a thermal electron emission, the assembly of the electron-emitting member 4 is carbon fiber, easier to electron emission (easy field is enhanced) portion is etched by reactive intensively that. その結果、過度に電界の集中していた部分が除去されることにより、電界が電子放出領域により均等にかかるようにすることができる。 As a result, excessive by concentrating to have portions of the electric field is removed, it is possible electric field is to take equally by the electron emission region.
【0048】 [0048]
図2(b)は均一化処理が終了した後の模式図である。 Figure 2 (b) is a schematic view after homogenization process is complete. 均一化処理終了後は個々の繊維状カーボンの電子放出部材4に印加される電界の差が緩和される。 After homogenization process ends difference of the electric field applied to the electron-emitting member 4 of the individual fibrous carbon is mitigated. つまり、始め図2(a)のように大きく歪んでいた等電位面25が、図2(b)のように歪みが小さくなる。 That is, the equipotential surface 25 largely was distorted as the beginning shown in FIG. 2 (a) is, distortion as shown in FIG. 2 (b) becomes smaller.
【0049】 [0049]
また、画像形成装置を形成する場合等には、各々が繊維状カーボンを有する複数の電子放出素子と当該電子放出素子を駆動するための配線とを形成した電子源基板と、蛍光体等からなる画像形成部材を有するフェイスプレートと、を張り合わせ、真空外囲器を形成した(封着工程と呼ぶ)後に、上記均一化処理を行ってもよい。 Further, in a case such as to form an image forming apparatus, an electron source substrate, each formed with a wiring for driving a plurality of electron-emitting device and the electron emitter having a fibrous carbon, consisting of a phosphor or the like stuck together, and the face plate having an image forming member, after forming a vacuum envelope (referred to as sealing process), it may be subjected to the homogenization treatment.
【0050】 [0050]
しかし、好ましくは、上記封着工程前に、上記電子源基板を図2に示した真空装置内に配置して、上述の均一化処理を行う。 However, preferably, before the sealing step, and placed in a vacuum apparatus shown the electron source substrate in FIG. 2, performing the homogenization process described above. このようにすれば、画像形成装置内部を反応性ガスなどで汚すことがないので好ましい。 Thus, since no contaminating the inside of the image forming apparatus such as a reactive gas preferred. また、各電子放出素子の特性検査を行った後に封着を行うので、パネルとしての歩留まりが向上する。 Further, since the sealing after the characteristic inspection of each electron-emitting device, the yield of the panel is improved.
【0051】 [0051]
また、上記均一化処理は、カソード電極と引き出し電極間への電圧印加、あるいはカソード電極とアノード電極間への電圧印加に限らず、カソード電極と引き出し電極とアノード電極の3つの電極間に電圧を印加して行う場合もある。 Further, the homogenization process, the voltage application between the cathode electrode and the extraction electrode, or not limited to the voltage application between the cathode electrode and the anode electrode, the voltage between the three electrodes of the cathode electrode and the extraction electrode and the anode electrode If you applied and carried out in some cases. 上記いずれの場合においても、各電極間に印加される電圧は、実際に駆動する際に各電極間に印加される電圧関係と同様にすることが好ましい。 In any of the above cases, the voltage applied between the electrodes is preferably in the same manner as the voltage relationship to be applied between the electrodes when actually driving.
【0052】 [0052]
以上のような処理を行うことで、複数の繊維状カーボンを用いた電子放出素子、電子源、及び画像形成装置の性能を向上させることができる。 By performing the aforementioned processing, it is possible to improve the electron emitting device using a plurality of fibrous carbon, an electron source, and the performance of the image forming apparatus.
【0053】 [0053]
即ち、本発明の電子放出素子は、上記均一化処理を施すことにより、局所的な電界集中が防止され、電子放出特性の均一化を図ることができると共に、局所的な電界集中で電流密度が高くなって過負荷がかかり、放出電流の衰退が起こることが抑制できる。 That is, the electron-emitting device of the present invention, by applying the homogenization treatment, local electric field concentration is prevented, it is possible to achieve uniform electron emission characteristics, the current density in local electric field concentration overload takes higher can be suppressed that the decline of the emission current occurs.
【0054】 [0054]
このため、放電を誘発することを抑制でき、電子放出素子の寿命をより長くすることができ、時間に対して変動の少ない安定した電子放出電流を長期にわたって維持することができる。 Therefore, it is possible to suppress to induce discharge, the life of the electron-emitting devices can be made to longer can be maintained over a long period of time less stable electron emission current fluctuation versus time.
【0055】 [0055]
そして、複数の電子放出素子を備えた電子源及び画像形成装置に対しても、各電子放出素子の電子放出電流が安定して維持されることから各画素の耐久性が向上し、画像の明暗を上手く表現でき、画像のチラつきを防止でき、長期にわたって均一な表示特性を有する。 Even with respect to the electron source and an image forming apparatus having a plurality of electron-emitting devices, improves the durability of each pixel since the electron emission current of each electron-emitting device is maintained in a stable manner, contrast of the image the can successfully expressed, it can prevent image flickering, and have a uniform display characteristics over time.
【0056】 [0056]
以下に、本発明の具体的な構成である実施の形態を説明する。 The following describes a concrete structure is an embodiment of the present invention.
【0057】 [0057]
本発明の製造方法が有効となる電子放出素子構成の一例を図3に示す(図3(a)は本実施の形態に係る電子放出素子の平面図、図3(b)は図3(a)におけるA−A断面図である)。 An example of the electron-emitting devices constituting the production method is effective in the present invention shown in FIG. 3 (FIG. 3 (a) is a plan view of an electron emission element according to this embodiment, FIG. 3 (b) FIG. 3 (a it is an a-a sectional view in)).
【0058】 [0058]
図3において、1は基板、2は引き出し電極、3は陰極電極、4は電子放出部材である。 3, 1 is a substrate, the second extractor electrode 3 is the cathode electrode, 4 is the electron-emitting member. また図4に本実施の形態の電子放出素子の製造方法の一例を模式的に示した。 Also an example of a method of manufacturing the electron emitting device of this embodiment is schematically shown in FIG. 4. 以下図4に沿って本実施の形態の電子放出素子の製造方法の一例を順を追って説明する。 The following step-by-step illustrating an example of the manufacturing method of the electron-emitting device of the present embodiment along FIG.
【0059】 [0059]
予め、その表面を十分に洗浄した、石英ガラス,Na等の不純物含有量を減少させ、K等に一部置換したガラス,青板ガラス,及びシリコン基板等にスパッタ法等によりSiO を積層した積層体,アルミナ等のセラミックス等の絶縁性基板を基板1とする(図4(a))。 Previously, the surface was thoroughly cleaned, laminated quartz glass, to reduce the content of impurities such as Na, was laminated partially replaced glass, blue plate glass, and SiO 2 by sputtering or the like on a silicon substrate or the like K, etc. body, an insulating substrate such as ceramics such as alumina and the substrate 1 (Figure 4 (a)).
【0060】 [0060]
上記基板1上に、引き出し電極2及び陰極電極3を積層する(図4(b))。 On the substrate 1, stacked extraction electrode 2 and the cathode electrode 3 (Figure 4 (b)).
【0061】 [0061]
引き出し電極2及び陰極電極3は導電性を有しており、蒸着法,スパッタ法等の一般的真空成膜技術,フォトリソグラフィ技術により形成される。 Extraction electrode 2 and the cathode electrode 3 has conductivity, an evaporation method, a general vacuum film forming technique such as sputtering, it is formed by photolithography.
【0062】 [0062]
引き出し電極2及び陰極電極3の材料は、例えば、炭素,金属,金属の窒化物,金属の炭化物,金属のホウ化物,半導体,半導体の金属化合物から適宜選択される。 Material of the extraction electrode 2 and the cathode electrode 3, for example, carbon, metal, nitride of metal, metal carbides, metal borides, semiconductors, is appropriately selected from a semiconductor metal compound.
【0063】 [0063]
電極2、3の厚さとしては、数十nmから数μmの範囲で設定される、好ましくは炭素,金属,金属の窒化物,金属の炭化物の耐熱性材料が望ましい。 The thickness of the electrodes 2 and 3 is set in the range of several μm from a few tens of nm, preferably carbon, metal, nitride of metal, refractory material of the metal carbide is desirable. 尚、この電極の厚さが薄いために電位降下などが心配される時、あるいはマトリクス配列でこの電子放出素子を用いる場合は必要に応じて低抵抗の配線用金属材料が電子放出に関与しない部分で用いられることがある。 Incidentally, when such potential drop is concerned for the thickness of the electrode is thin, or a metal material for the low resistance wiring needed when using this electron-emitting devices in matrix arrangement is not involved in the electron-emitting portion sometimes used in.
【0064】 [0064]
引き出し電極2と陰極電極3の間隔は、用いる電子放出部材4の電子放出電界(横方向電界)と画像形成に必要な縦方向電界との電界を比較した時に、電子放出電界が縦方向電界よりも1倍から10倍程度の値になるように、引き出し電極2と陰極電極3間の電子放出素子を駆動する素子電圧に応じて決めればよい。 Spacing of the extraction electrode 2 and the cathode electrode 3, when comparing the electric field with the longitudinal electric field necessary for an image forming electron emission field of the electron emission element 4 (horizontal electric field) is used, the electron emission field from the longitudinal electric field as is a value of about 10 times from 1x, it may be determined depending on the device voltage for driving the electron-emitting device between the extraction electrode 2 and the cathode electrode 3.
【0065】 [0065]
例えば、アノードと陰極電極3との間を2mmの間隔として10kVを印加する場合、この時の縦方向電界は5V/μmとなる。 For example, when applying a 10kV between the anode and cathode electrode 3 as the interval 2 mm, the longitudinal electric field at this time is a 5V / [mu] m. この場合、用いるべき電子放出部材4の電子放出電界は5V/μmよりも大きな電子放出電界を持つ材料であり、選択した電子放出電界に相当するように、その間隔と、素子電圧を決めればよい。 In this case, the electron emission field of the electron emission element 4 to be used is a material having a large electron emission field than 5V / [mu] m, so as to correspond to the electron-emitting field selected, and the interval may be determined the device voltage .
【0066】 [0066]
尚、本発明で言う「横方向電界」は、「基板1の表面と実質的に平行な方向における電界」と言う事ができる。 Incidentally, in the present invention, "lateral electric field" can be referred to as "electric field at the surface substantially parallel to the direction of the substrate 1 '. あるいは、また、「引き出し電極2と陰極電極3とが対向する方向における電界」とも言う事ができる。 Alternatively, also it can be referred to as "electric field in the direction in which the extraction electrode 2 and the cathode electrode 3 are opposed."
【0067】 [0067]
また、本発明で言う「縦方向電界」とは、「基板1の表面と実質的に垂直な方向における電界」、あるいは「基板1とアノードとが対向する方向における電界」と言う事もできる。 Moreover, the "vertical electric field" in the present invention, may also be referred to as "electric field at the surface substantially perpendicular to the direction of the substrate 1", or "electric field in the direction in which the substrate 1 and the anode are opposed."
【0068】 [0068]
次に、表面が凹凸形状の電子放出部材4を陰極電極3上に配置する(図4(c))。 Next, the surface is arranged an electron-emitting member 4 of the uneven shape on the cathode electrode 3 (FIG. 4 (c)). 電子放出部材4として特に好ましく用いられる材料は、前述したように繊維状カーボンの集合体である。 Material is particularly preferably used as an electron-emitting member 4 is a collection of fibrous carbon as described above. また、繊維状カーボンとしては、グラファイトファイバを用いることが好ましい。 As the fibrous carbon, it is preferable to use a graphite fiber.
【0069】 [0069]
上記繊維状カーボンは、数V/μmの閾値電界を持つ。 The fibrous carbon has a threshold electric field of several V / [mu] m. 繊維状カーボンの形態の一例を図10、図11に示す。 Figure 10, Figure 11 shows the example of a form of fibrous carbon. 各図では一番左側に光学顕微鏡レベル(〜1000倍)で見える形態、真中は走査電子顕微鏡(SEM)レベル(〜3万倍)で見える形態、右側は透過電子顕微鏡(TEM)レベル(〜100万倍)で見えるカーボンの形態を模式的に示している。 Form visible with an optical microscope level (to 1000 times) the far left in each figure, the middle is visible in scanning electron microscope (SEM) level (to 30,000 times) form, the right transmission electron microscope (TEM) level (100 carbon forms visible in thousands times) are schematically shown.
【0070】 [0070]
図10のように、グラフェンが円筒形状(円筒形が多重構造になっているものはマルチウォールナノチューブと呼ばれる)の形態をとるものはカーボンナノチューブと呼ばれ、特にチューブ先端を開放させた構造の時に、最もその閾値が下がる。 As shown in FIG. 10, the graphene is called cylindrical shall take the form of (what cylindrical is in multiple structure is called a multi-wall nanotubes) Carbon nanotubes, especially when the structure in which opening the tube tip , most the threshold is lowered.
【0071】 [0071]
あるいは、比較的低温で生成される繊維状カーボンを図11に示す。 Alternatively, it shows a fibrous carbon which is relatively generated at a low temperature in Fig. この形態の繊維状カーボンは、グラフェンの積層体(このため「グラファイトナノファイバー」と呼ばれることがあるが、温度によりアモルファス構造の割合が増加する)で構成されている。 Fibrous carbon in this embodiment, a laminate of graphene (Therefore sometimes referred to as "graphite nanofiber" but the percentage of amorphous structure increases with temperature) is composed of. より具体的には、グラファイトナノファイバーは、その長手方向(ファイバーの軸方向)にグラフェンが積層されたファイバー状の物質を指す。 More specifically, the graphite nanofiber refers to a fiber-like material graphene is stacked (the axial direction of the fiber) the longitudinal direction. 換言すると、図11に示す様に、グラフェンがファイバーの軸に対して非平行に配置されたファイバー状の物質である。 In other words, as shown in FIG. 11, the graphene is a non-parallel-arranged fiber-like substance with respect to the axis of the fiber.
【0072】 [0072]
一方のカーボンナノチューブは、その長手方向(ファイバーの軸方向)を囲むよう(円筒形状)にグラフェンが配置されているファイバー状の物質である。 One of the carbon nanotube is its longitudinal direction so as to surround the (axial direction of the fiber) (cylindrical shape) to form fiber graphene is arranged substances. 換言すると、グラフェンがファイバーの軸に対して実質的に平行に配置されるファイバー状の物質である。 In other words, graphene is a fibrous material that is substantially parallel to the axis of the fiber.
【0073】 [0073]
尚、グラファイトの1枚面を「グラフェン」あるいは「グラフェンシート」と呼ぶ。 Incidentally, the one surface of the graphite is referred to as "graphene" or "graphene sheet". より具体的には、グラファイトは、炭素原子がsp 混成により共有結合でできた正六角形を敷き詰める様に配置された炭素平面が、3.354Åの距離を保って積層してできたものである。 More specifically, graphite, carbon plane in which the carbon atoms are arranged so laid a regular hexagon made of covalently linked by sp 2 hybridization is what was Deki laminated while maintaining a distance of 3.354Å . この一枚一枚の炭素平面を「グラフェン」あるいは「グラフェンシート」と呼ぶ。 This one by one of the carbon plane is referred to as a "graphene" or "graphene sheet".
【0074】 [0074]
どちらの繊維状カーボンも電子放出の閾値が1V〜10V/μm程度であり、本発明の電子放出部材(エミッター)4の材料として好ましい。 Threshold in either fibrous carbon even electron emission is about 1V to 10V / [mu] m, preferable as the material of the electron-emitting member (emitter) 4 of the present invention.
【0075】 [0075]
特に、グラファイトナノファイバーの集合体を用いた電子放出素子では、図2、図3等に示した本発明の素子構造に限らず、低電界で電子放出を起こすことができ、大きな放出電流を得ることができ、簡易に製造ができ、安定な電子放出特性をもつ電子放出素子を得ることができる。 In particular, an electron emitting device using an aggregate of graphite nanofibers, 2, not only the element structure of the present invention shown in FIG. 3 or the like, can cause electron emission at a low electric field, obtain a large emission current it can be, it is easily manufactured, it can be obtained an electron-emitting device having stable electron emission characteristics.
【0076】 [0076]
例えば、グラファイトナノファイバーをエミッタとし、このエミッタからの電子放出を制御する電極を用意することで電子放出素子とすることができ、さらに、グラファイトナノファイバーから放出された電子の照射により発光する発光体を用いればランプなどの発光装置を形成することができる。 For example, the graphite nanofiber as an emitter, can be an electron-emitting device by providing an electrode for controlling electron emission from the emitter, further luminescent substance which emits light upon reception of electrons emitted from the graphite nanofiber it is possible to form a light emitting device such as a lamp be used.
【0077】 [0077]
また、さらには、上記グラファイトナノファイバーを用いた電子放出素子を複数配列すると共に、蛍光体などの発光体を有するアノード電極を用意することでディスプレイなどの画像表示装置をも構成することができる。 Also, further, an electron emitting device using the graphite nanofibers as well as multiple sequences can also constitute an image display device such as a display by providing an anode electrode having a light emitter such as a phosphor.
【0078】 [0078]
グラファイトナノファイバーを用いた電子放出装置や発光装置や画像表示装置においては、内部を従来の電子放出素子のように超高真空に保持しなくても安定な電子放出をすることができ、また、低電界で電子放出するため、信頼性の高い装置を非常に簡易に製造することができる。 In the electron emission device and a light emitting device or an image display apparatus using the graphite nanofibers it can be even without the internal holding UHV as in the conventional electron-emitting device to a stable electron emission, also, to emit electrons at low electric field, it can be very easily manufactured with high reliability devices.
【0079】 [0079]
そのため、グラファイトナノファイバーを用いたデバイスにおいては、本発明の製造方法が好ましく適用される。 Therefore, in the device using the graphite nanofiber production method of the present invention is preferably applied.
【0080】 [0080]
上記した繊維状カーボンは、触媒(炭素の堆積を促進する材料)を用いて炭化水素ガスを分解して形成することができる。 Fibrous carbon as described above, the catalyst can be formed by decomposing hydrocarbon gas using a (material which promotes depositing of carbon). カーボンナノチューブとグラファイトナノファイバーは触媒の種類、及び分解の温度によって異なる。 Carbon nanotubes and graphite nanofibers depend on the temperature of the type of catalyst, and degradation.
【0081】 [0081]
前記触媒材料としては、Fe、Co、Pd、Niもしくはこれらの中から選択された材料の合金が繊維状カーボン形成用の核として用いることができる。 Examples of the catalyst material, Fe, Co, Pd, Ni or an alloy of materials selected from among these can be used as a nucleus for the fibrous carbon formation.
【0082】 [0082]
特に、Pd、Niにおいては低温(400℃以上の温度)でグラファイトナノファイバーを生成することが可能である。 In particular, Pd, In Ni is capable of generating a graphite nanofiber at low temperatures (400 ° C. or higher temperatures). Fe、Coを用いたカーボンナノチューブの生成温度は800℃以上必要なことから、Pd、Niを用いてのグラファイトナノファイバー材料の作成は低温で可能なため、他の部材への影響や、製造コストの観点からも好ましい。 Fe, since the formation temperature of carbon nanotubes using Co as necessary 800 ° C. or higher, for the creation of a graphite nanofiber material using Pd, and Ni is possible at a low temperature, the influence of the other members, the manufacturing cost preferable from the point of view also.
【0083】 [0083]
さらに、Pdにおいては酸化物が水素により低温(室温)で還元される特性を用いて、核形成材料として酸化パラジウムを用いることが可能である。 Further, in the Pd with characteristics that oxide is reduced at a low temperature (room temperature) by hydrogen, it is possible to use palladium oxide as a nucleating material.
【0084】 [0084]
酸化パラジウムの水素還元処理を行うと、一般的な核形成技法として従来から使用されている金属薄膜の熱凝集や、超微粒子の生成と蒸着を用いずとも、比較的低温(200℃以下)で初期凝集核の形成が可能となった。 Doing hydrogen reduction treatment of palladium oxide, heat-aggregated and the metal thin film has been conventionally used as a general nucleus formation techniques, without using the generation and deposition of ultrafine particles, at a relatively low temperature (200 ° C. or less) formation of the initial aggregation nuclei became possible.
【0085】 [0085]
前述の炭化水素ガスとしては例えばエチレン、メタン、プロパン、プロピレンなどの炭化水素ガス、CO,CO ガスあるいはエタノールやアセトンなどの有機溶剤の蒸気を用いることもある。 The aforementioned hydrocarbon gas such as ethylene, is methane, propane, hydrocarbon gas such as propylene, CO, also possible to use the vapor of organic solvents, such as CO 2 gas or ethanol or acetone.
【0086】 [0086]
また、本実施の形態は、図4(c)の様に表面が凹凸形状を有する電子放出部材4であれば好ましく適用できる。 Further, this embodiment can preferably applied to any electron-emitting member 4 the surface has an uneven shape as in FIG. 4 (c). この様な、表面が凹凸形状を有する電子放出部材4の材料としては、例えば、W,Ta,Mo等の耐熱性の材料、あるいはTiC,ZrC,HfC,TaC,SiC,WC等の炭化物、HfB ,ZrB ,LaB ,CeB ,YB ,GdB 等の硼化物、TiN,ZrN,HfN等の窒化物、Si,Ge等の半導体、アモルファスカーボン、グラファイト、ダイヤモンドライクカーボン、ダイヤモンドを分散した炭素及び炭素化合物等を用いることができる。 As such, the material of the electron-emitting member 4 whose surface has an irregular shape, for example, W, Ta, heat-resistant material such as Mo or TiC,, ZrC, HfC, TaC, SiC, and WC, etc., HfB 2, ZrB 2, LaB 6, CeB 6, YB 4, GdB borides such as 4, TiN, ZrN, nitrides such as HfN, Si, such as Ge semiconductor, amorphous carbon, graphite, diamond-like carbon, diamond dispersed therein or the like can be used with carbon and carbon compounds.
【0087】 [0087]
この様な表面が凹凸形状を有する電子放出部材4はスパッタ法等の一般的な真空成膜法等で堆積した膜をRIE等の手法を用いて凸形状の突起に加工する場合と、CVDにおける核成長を利用した針状結晶の成長や、ひげ結晶の成長等を利用する場合がある。 In the case of processing the common film deposited by a vacuum deposition method such as electron-emitting member 4 is sputtering such surface has an uneven shape on the projection of the convex shape using a technique such as RIE, the CVD growth and needle-shaped crystals using nuclear growth may utilize the growth or the like of the whiskers.
【0088】 [0088]
突起形状の制御は、RIEの場合には、用いる基板の種類,ガスの種類,ガス圧力(流量),エッチング時間,プラズマを形成する時のエネルギー等に依存する。 Control of the projection shape in the case of RIE, the type of substrate used, the type of gas, gas pressure (flow rate), the etching time, depends on the energy or the like when forming a plasma. 一方、CVDによる形成方法では、基板の種類,ガスの種類,流量,成長温度等で制御される。 On the other hand, in the forming method by CVD, the type of substrate, type of gas, flow rate is controlled by the growth temperature.
【0089】 [0089]
尚、電子放出への関与に係わらず、電子放出部材4が配置された領域を本発明では「電子放出領域」と呼ぶ。 Incidentally, regardless of the involvement in electron emission, it referred to as "electron-emitting region" in the present invention the region where the electron emitting member 4 is arranged.
【0090】 [0090]
次に、上述した、電子放出部材4を部分的にエッチングして、エミッションサイト数を向上する「均一化処理」を行う(図4(d))。 Next, described above, the electron-emitting member 4 is partially etched, perform "homogenization process" to increase the number of emission sites (Fig. 4 (d)).
【0091】 [0091]
電子放出素子を図2のような真空装置20内に配置し、排気装置23により十分排気した後、ガス導入バルブ22より電子放出部材4と化学的または物理的に反応し得る物質を導入する。 The electron-emitting device was placed in a vacuum apparatus 20 as shown in FIG. 2, was thoroughly evacuated by the exhaust device 23, for introducing a substance capable of reacting the gas inlet valve 22 in the electron-emitting member 4 and the chemical or physical.
【0092】 [0092]
ここでいう化学的に反応する物質とは、電子放出部材4がカーボンである場合は、例えば前述したO 、CO、H O、H 等である。 The chemically reactive substance here, when the electron emitting member 4 is carbon, for example, above-mentioned O 2, CO, H 2 O , H 2 and the like. あるいはまた、前記ファイバーと化学的に反応し得るガスは、H O、O 、CO の中から選ばれたガスと、H ガスとの混合ガスであることが好適である。 Alternatively, the fibers react chemically may gases, a gas selected from among H 2 O, O 2, CO 2, it is preferable that a mixed gas of H 2 gas.
【0093】 [0093]
また、物理的に反応する物質とは、主に電子ビームが衝突することにより帯電粒子となる物質のことをいい、Ar等の比較的質量数の大きな物質が好ましい。 Also, the physical reaction to substances, mainly refers to a substance which is a charged particle by an electron beam impinges, a relatively mass number larger materials such as Ar is preferable. 上記物質のガスの導入圧力は、ガス種により異なるが、化学的に反応させる物質の場合は1×10 −4 Pa以上であり、物理的に反応させる物質の場合は1×10 −6 〜1×10 −4 Pa程度である。 Introducing the pressure of the gas in the material may vary depending on the gas species, in the case of material to chemically react and a 1 × 10 -4 Pa or more, in the case of material to physically react 1 × 10 -6 to 1 × is about 10 -4 Pa.
【0094】 [0094]
上記ガスを導入した後、電子放出素子の電子放出部材4に対して、電子放出素子の引き出し電極2が正となるような電位をかけ、電子放出させると、上記ガスと電子放出部材4が反応して電子放出部材4のエッチングが起こる。 After introducing the gas, the electron-emitting member 4 of the electron-emitting devices, applying a potential such that the extraction electrode 2 is positive of the electron-emitting device, the emit electrons, the gas and the electron emitting member 4 is reacted and it occurs etching of the electron-emitting member 4.
【0095】 [0095]
この工程により、電子放出領域において、より電子放出し易い(電界がエンハンスされ易い)部分が集中的に反応してエッチングされ、過度に電界の集中していた部分が除去され、電界が電子放出領域により均等にかかるようにすることができる。 This process, in the electron emitting region, easier to electron emission (easy field is enhanced) portion is etched by reactive intensively, excessively concentrated though portions of the electric field is removed, the field electron emission region it can be made to take evenly by.
【0096】 [0096]
この様子を示す模式図を図2に示した。 A schematic diagram showing this state is shown in FIG. 図2(a)は均一化処理開始時、図2(b)は均一化処理後の素子の模式図である。 FIGS. 2 (a) during the homogenization process start, FIG. 2 (b) is a schematic view of the device after homogenization process.
【0097】 [0097]
尚、本工程は、画像形成装置を形成する場合等には、電子放出素子に配線等を形成した電子源基板と、蛍光体等からなる画像形成部材を有するフェイスプレートを張り合わせ、真空外囲器を形成した(封着工程と呼ぶ)後に、反応ガスを導入して、電子放出部領域に対してアノードに正電位を印加することによって行うこともできる。 Note that this step, if like for forming an image forming apparatus, bonding an electron source substrate having a wiring and the like to the electron-emitting device, a face plate having an image forming member made of a phosphor or the like, the vacuum envelope the later was formed (referred to as sealing process), by introducing a reaction gas, can also be carried out by applying a positive potential to the anode relative to the electron-emitting region.
【0098】 [0098]
このようにして本実施の形態に係る電子放出素子が形成される。 In this way, the electron-emitting device according to the present embodiment is formed.
【0099】 [0099]
上記工程を経て得られた電子放出素子とその動作について、図6,図7を用いて説明する。 An electron emitter and its operation obtained through the above steps, FIG. 6, will be described with reference to FIG. 引き出し電極2と陰極電極3間に数μmのギャップを持つ電子放出素子を、図6に示すような真空装置60に設置し、真空排気装置63によって10 −5 Pa程度に到達するまで十分に排気し、図6に示したように高電圧電源を用いて、基板1から数mmの高さHの位置に陽極(アノード)61を設け、陰極電極3とアノード61間に数kVからなる高電圧のアノード電圧Vaを印加した。 The electron-emitting device having a gap of several μm between the extraction electrode 2 and the cathode electrode 3 was placed in a vacuum apparatus 60 as shown in FIG. 6, enough to reach the order of 10 -5 Pa by the vacuum exhaust device 63 exhaust and, using a high voltage power supply as shown in FIG. 6, an anode (anode) 61 provided at a height H of several mm from the substrate 1, a high voltage consisting of several kV between the cathode 3 and the anode 61 the anode voltage Va is applied for.
【0100】 [0100]
尚、アノード61には、導電性フィルムを被覆した蛍光体62が設置されている。 Incidentally, the anode 61, a phosphor 62 coated with a conductive film is provided.
【0101】 [0101]
引き出し電極2と陰極電極3間には、数十V程度からなるパルス電圧の素子電圧Vfを印加して、流れる素子電流Ifと電子放出電流Ieを計測した。 Between the extraction electrode 2 and the cathode electrode 3, by applying a device voltage Vf of the pulse voltage consisting of about several tens V, was measured device current If and electron emission current Ie flowing.
【0102】 [0102]
この時、等電位線66は、図6のように形成され、電界の集中する点は64で示される電子放出部材4の最もアノード61より、かつギャップの内側の場所である。 At this time, the equipotential lines 66 are formed as shown in FIG. 6, the point of concentration of the electric field than most anode 61 of the electron-emitting member 4 indicated by 64, and a location inside the gap.
【0103】 [0103]
この電界集中点64近傍に位置する電子放出部材4から電子が放出されると考えられる。 Believed electrons are emitted from the electron emission member 4 located on this electric field concentration point 64 near.
【0104】 [0104]
電子放出素子の電子放出電流Ie特性は、図7に示すように、印加電圧(素子電圧Vf)の約半分からIeが急激に立ち上がり、IfはIeの特性に類似していたが、その値はIeと比較して十分に小さな値であった。 Electron emission current Ie characteristic of the electron-emitting device, as shown in FIG. 7, approximately half Ie rises rapidly applied voltage (device voltage Vf), the If it was similar to the characteristics of Ie, the value is in comparison with the Ie was sufficiently small value.
【0105】 [0105]
また、電子放出部材4への局所的な電界集中によって電子放出部材4が破壊されること等により観測されるIeの急変動は起こらなかった。 Moreover, sudden variations in Ie of the electron-emitting member 4 by local electric field concentration to the electron-emitting member 4 is observed such as by being destroyed did not occur.
【0106】 [0106]
同一の製造方法により作製した本実施の形態に係る単素子A,B,Cについて、Vf,Va,Hを一定にして駆動した場合のIe変動を図5(a)に示した。 The same manufacturing process single element A according to the present embodiment was fabricated by, B, the C, showed Vf, Va, the Ie variation in case of driving in the the H constant in Figure 5 (a). 3素子A,B,C共にIe変動が少なく、Ieの値が同程度であることがわかる。 3 elements A, B, C both Ie with less change, it can be seen that the value of Ie is comparable.
【0107】 [0107]
比較として、電子放出部材4の均一化処理(図4(d)にあたる)を省略し、それ以外は同一の製造方法により作製した単素子D,E,Fについて、上記と同様な条件にて駆動した場合のIe(放出電流)変動を図5(b)に示した。 As a comparison, omitting the homogenization process of the electron-emitting member 4 (corresponding to FIG. 4 (d)), a single device D was fabricated by the same manufacturing process otherwise, E, for F, driven by the same conditions the Ie (emission current) variation in the case of shown in Figure 5 (b). 素子Dでは駆動初期にIeの急降下が観測され、素子FではIeが段階的に減少しある値で飽和傾向が見られた。 Descent of the device D in the initial driving in Ie is observed, Ie the element F was observed saturation tendency stepwise decreasing a value. 素子EのIeは安定していた。 Ie of the element E was stable.
【0108】 [0108]
このように、本発明の特徴の一つである均一化処理を行わないと、素子ごとに特性がバラついてしまう。 Thus, Without is one uniform process aspect of the present invention, characteristics will vary for each element. これは、電子放出部材である繊維状カーボンの形状が様々であるために、電界集中し易い部分と、そうでない部分が素子ごとに異なってしまうことによる。 This is because in order the shape of the fibrous carbon is an electron-emitting member is different, and prone parts to electric field concentration, it is not part becomes different for each element.
【0109】 [0109]
次に具体的に3つの素子(素子A、B,C)の場合を例に挙げ、多数の素子間における、本発明の均一化処理の一例を説明する。 Next mentioned specifically three elements (elements A, B, C) in the case of the example, among a number of elements, an example of a uniform treatment of the present invention. 図12は均一化処理を行う前の素子A〜Cの異なる電子放出特性を示している。 Figure 12 shows a different electron-emitting characteristics of the element A~C before performing the homogenization process.
【0110】 [0110]
この例では素子Cが最も電子放出の閾値V th3が大きく、素子Aが最も低い閾値V th1で電子が放出する特性を示している。 Large threshold V th3 element C is most electron emission in this example, shows a characteristic that electrons are emitted at the lowest threshold V th1 is device A.
【0111】 [0111]
最初に、前述した反応ガスを含む雰囲気中で、素子Aにパルス電圧を加え駆動すると、前述したカーボンの化学的エッチングの機構により素子Aの電子放出電流が急激に低下する。 First, in an atmosphere containing a reactive gas as described above, driving added pulse voltage to the device A, an electron emission current of the device A is rapidly reduced by a mechanism of chemical etching of the carbon described above. 素子Aに印加する電圧を次第に上昇し、素子Cの閾値電圧(V th3 )の時に電子放出が確認できなくなる程度まで処理を行う。 The voltage applied to the element A gradually rises, performs processing to the extent that the electron emission can not be checked when the threshold voltage of the device C (V th3). 同様にして、素子Bについては図中点Aで示される電流値から点Bで示される電流値に低下するまで処理を行う。 Similarly, it performs processing until about the element B drops to the current value indicated by a point B from the current value shown in Figure midpoint A.
【0112】 [0112]
このようにすることにより、反応ガスを排気した後の雰囲気中で、各素子の特性を評価すると、素子A、Bの電子放出特性は素子Cの電子放出特性とほぼ一致させることができるのである。 In this way, the reaction gas in the atmosphere after exhaust, when evaluating the characteristics of each device, the electron emission characteristics of the devices A, B is can be substantially matched with the electron emission characteristic of the device C .
【0113】 [0113]
このように、多数の素子間における本発明の「均一化処理」は、処理前に行う各電子放出素子の特性測定において、最も電子放出に必要な閾値電圧が低いと判断された電子放出素子の特性に、その他の素子の特性を合わせ込む方法が簡便であるため好ましい。 Thus, "homogenization process" of the present invention among many elements in the characteristic measurement of each electron-emitting device that performs a pretreatment, the electron-emitting device threshold voltage required for most electron emission is determined to be low the properties, preferable method is intended to adjust the characteristics of the other elements is simple.
【0114】 [0114]
以下、この原理に基づき、電子放出素子を複数配置した電子源に均一化処理を施す方法の一例を、図8を用いて説明する。 Hereinafter, based on this principle, an example of a method of applying a uniform processing multiple placement electron source the electron emission element will be described with reference to FIG. 図8において、81は電子源基体、82はX方向配線、83はY方向配線である。 8, the electron source substrate 81, 82 is X-direction wiring, 83 is a Y-direction wiring. 84は電子放出素子、85は結線である。 84 the electron-emitting device, 85 is a connection.
【0115】 [0115]
X方向配線82は、Dx1,Dx2,. X-direction wirings 82, Dx1, Dx2,. . Dxmのm本の配線からなり、真空蒸着法,印刷法,スパッタ法等を用いて形成された導電性金属等で構成することができる。 It consists m the wirings Dxm, vacuum deposition method, a printing method, can be composed of a formed conductive metal or the like by sputtering or the like. 配線の材料、膜厚、巾は、適宜設計される。 Material of the wiring, film thickness, width are appropriately designed.
【0116】 [0116]
Y方向配線83は、Dy1,Dy2,. Y-direction wiring 83, Dy1, Dy2,. . Dynのn本の配線からなり、X方向配線82と同様に形成される。 Consists n wirings of dyn, is formed in the same manner as the X-direction wiring 82.
【0117】 [0117]
これらm本のX方向配線82とn本のY方向配線83との間には、不図示の層間絶縁層が設けられており、両者を電気的に分離している(m,nは、共に正の整数)。 Between these m X-directional wires 82 and n Y-directional wires 83, and an interlayer insulating layer (not shown) is provided, and electrically separate them (m, n are both Positive integer).
【0118】 [0118]
不図示の層間絶縁層は、真空蒸着法,印刷法,スパッタ法等を用いて形成されたSiO 等で構成される。 An unshown interlayer insulating layer is a vacuum evaporation method, printing method, and a SiO 2 or the like formed by sputtering or the like. 例えば、X方向配線82を形成した電子源基体81の全面或は一部に所望の形状で形成され、特に、X方向配線82とY方向配線83の交差部の電位差に耐え得るように、膜厚,材料,製法が適宜設定される。 For example, it is formed in a desired shape on the entire surface or a portion of the electron source substrate 81 forming the X-direction wiring 82, in particular, as can withstand the potential difference between the intersections of the X-direction wiring 82 and Y-direction wiring 83, film the thickness, material, process are suitably set.
【0119】 [0119]
そして、X方向配線82とY方向配線83は、それぞれ外部端子として引き出されている。 Then, X-direction wiring 82 and Y-direction wiring 83 are respectively led out as external terminals.
【0120】 [0120]
電子放出素子84を構成する一対の電極(不図示)は、m本のX方向配線82とn本のY方向配線83と導電性金属等からなる結線85とによって電気的に接続されている。 A pair of electrodes constituting the electron-emitting devices 84 (not shown) are electrically connected by the X-direction wirings 82 and n Y-directional wirings 83 and the connection 85 made of a conductive metal such the m.
【0121】 [0121]
図8のような単純マトリクスにおいて、X方向行及びY方向列が多くなると、マトリクス上の電子放出素子84を全て選択して一括して均一化処理を行う際には、電圧降下によって各素子84への印加電圧に分布が生じる場合がある。 In a simple matrix as in FIG. 8, when the X-direction rows and Y-direction column increases, when collectively select all electron-emitting devices 84 on the matrix performs equalization processing, each element with a voltage drop 84 sometimes distributed to the voltage applied to the results. そこで、例えば線順次に均一化を行うことや、点順次に均一化を行うことが好ましい。 Therefore, and performing, for example, line-sequentially uniform, it is preferable to perform the dot sequential homogenized.
【0122】 [0122]
ここでは、全電子放出素子に対して均一化処理を行う例を説明するが、均一化処理を全ての電子放出素子に行わず、所望の電子放出素子にのみ行うこともできる。 Here is described an example of performing uniform treatment with respect to all the electron emitters, without equalizing process to all the electron emitters, it can be performed only in a desired electron-emitting device.
【0123】 [0123]
均一化処理を行う前に、予め、各電子放出素子84の電気的特性を測定しておくことが好ましい。 Before performing the homogenization treatment in advance, it is preferable to measure the electrical characteristics of each electron-emitting device 84. この測定によって得られたデータを基にどのように各電子放出素子の電気的特性を揃えるかを決定することができる。 It is possible to determine how to align the electrical characteristics of each electron-emitting device based on the data obtained by this measurement. 測定する(モニタする)電気的特性としては、例えば、一定の電圧を、各電子放出素子あるいは、電子放出素子とアノード間に印加した際に発生する電流を測定すればよい。 The measurement for (monitors) electrical properties, for example, a constant voltage, the electron emission device or may be measuring a current generated when applied between the electron-emitting device and the anode.
【0124】 [0124]
電子放出素子に発生する電流としては、例えば、各電子放出素子の引き出し電極と陰極電極との間に一定の電圧を印加した際に、引き出し電極と陰極電極との間に流れる電流がある。 The current generated in the electron-emitting device, for example, when applying a constant voltage between the extraction electrode and the cathode electrode of each electron-emitting device, there is a current flowing between the extraction electrode and the cathode electrode. アノード電極と電子放出素子との間に発生する電流としては、例えば、アノード電極と電子放出素子間に一定の電圧を印加した際に、アノードに流れ込む電流(電子放出素子からの放出電流)をモニタする場合などが挙げられる。 The current generated between the anode electrode and the electron-emitting device, for example, a monitor when applying a constant voltage between the anode electrode and the electron-emitting device, the current flowing into the anode of the (emission current from the electron-emitting device) like the case to be.
【0125】 [0125]
また、上記電気的特性の測定は、全電子放出素子に対して行うことが好ましいが、電子放出素子の数が増えた場合には、一部の素子に限って測定を行い、この測定値に基づいて均一化処理を行っても良い。 The measurement of the electrical characteristic is preferably carried out with respect to all the electron emitters, if the number of electron-emitting devices has increased performs measurement only on a part of the element, in this measurement it may be performed to equalize process based.
【0126】 [0126]
この様にして測定された電気的特性から判断し、全ての電子放出素子の電気的特性を所定の値の範囲内に近づけるために、好ましくは全ての電子放出素子に均一化処理を行う。 Judging from the electrical characteristics measured in this way, to approximate the electrical characteristics of all the electron emitters within a predetermined value range, perform homogenization treatment preferably all of the electron-emitting devices. しかしながら、各素子の電気的特性がそれほど異なっていなければ、所望の範囲から外れた特性をもつ電子放出素子にのみ均一化処理を施しても良い。 However, if different electrical characteristics of each element so that only may be subjected to homogenization treatment to the electron-emitting device having characteristics that deviate from the desired range.
【0127】 [0127]
次に前述した線順次の均一化法について述べる。 Next described above line sequential homogenization method. 例えば、Dy1,Dy2,. For example, Dy1, Dy2 ,. . Dynのn本のY方向配線を共通接続(例えばGND接続)し、Y方向配線に対して正の電位をX方向配線のDx1に印加して、Dx1行の電子放出素子(Dx1の配線に接続する電子放出素子)84を選択して均一化処理を行う。 Commonly connecting the n Y-directional wirings Dyn to (for example, GND connection), connecting a positive potential with respect to the Y-direction wiring is applied to Dx1 the X-direction wirings, the wirings of the electron-emitting device (Dx1 of Dx1 line performing uniformization process of electron-emitting devices) 84 to select. 続いてDx2に同様な電圧を印加してDx2行の電子放出素子を選択して均一化処理を行う。 Then select the electron-emitting device Dx2 line by applying a similar voltage to Dx2 perform uniform treatment. 同様にして、Dx3,Dx4,・・Dxm行を順次選択して、X方向に線順次に均一化処理を行う。 Similarly, Dx3, Dx4, sequentially selects · · Dxm line performs line sequential uniform processing in the X direction. このようにすることで、電圧降下の影響を少なくすることができる。 In this way, it is possible to reduce the influence of the voltage drop.
【0128】 [0128]
尚、ここでは、ある1つのX方向配線に接続する全ての電子放出素子に対して均一化処理を行う例を示したが、ある1つのX方向配線に接続する電子放出素子のうちの幾つかに対して均一化処理を行っても良い。 Here, although an example of performing uniform treatment to all the electron-emitting devices connected to a single X-direction wiring, some of the electron-emitting devices connected to a single X-direction wirings it may be performed equalizing process on. つまり、均一化処理を全ての電子放出素子に行わず、所望の電子放出素子にのみ行うこともできる。 In other words, without performing uniform treatment to all the electron emitters, it can be performed only in a desired electron-emitting device.
【0129】 [0129]
次に点順次均一化法は、上記マトリクス配線を用いて、個別の素子を選択し独立に駆動可能して、電子放出素子84を一個づつ順に均一化していく方法である。 Then sequentially homogenization method points, using the matrix wiring, and can be driven independently select individual elements, a method of electron-emitting devices 84 continue to homogenized one by one order. この方法では、電圧降下の影響が全くないが、処理にかかる時間が素子の数に比例するので、電子源の大きさや使用用途により、線順次処理,点順次処理,または一括処理を使い分ければよい。 In this method, but there is no influence of the voltage drop, the time required for processing is proportional to the number of elements, the size and intended use of the electron source, line-sequential processing, point-sequential processing, or if used properly batched good. この方法においても、均一化処理を全ての電子放出素子に行わず、所望の電子放出素子にのみ行うこともできる。 Also in this method, without homogenizing treatment in all the electron-emitting devices, it can be performed only in a desired electron-emitting device.
【0130】 [0130]
このような単純マトリクス配置の電子源を用いて構成した画像形成装置について、図9を用いて説明する。 An image forming apparatus comprising an electron source having a simple matrix arrangement is described with reference to FIG. 図9は、画像形成装置の表示パネルの一例を示す模式図である。 Figure 9 is a schematic view showing an example of a display panel of the image forming apparatus.
【0131】 [0131]
図9において、81は電子放出素子を複数配した電子源基体、91は電子源基体81を固定したリアプレート、96はガラス基体93の内面に蛍光膜94とメタルバック95等が形成されたフェースプレートである。 9, an electron source substrate arranged a plurality of electron-emitting devices 81, rear plate fixing the electron source substrate 81 91, faces or the like fluorescent film 94 and a metal back 95 on the inner surface of the glass substrate 93 is formed is 96 a plate. 92は支持枠であり、支持枠92には、リアプレート91、フェースプレート96がフリットガラス等を用いて接続されている。 92 is a support frame, the support frame 92, rear plate 91, face plate 96 are connected using frit glass or the like. 外囲器97は、例えば大気中、真空中あるいは、窒素中で、400〜500℃の温度範囲で10分以上焼成することで、封着して構成される。 Envelope 97, for example in air, in vacuum or in nitrogen and fired 10 minutes or more in a temperature range of 400 to 500 ° C., constituted by sealing.
【0132】 [0132]
外囲器97は、上述の如く、フェースプレート96、支持枠92、リアプレート91で構成される。 Envelope 97, as described above, the face plate 96, supporting frame 92, and the rear plate 91. リアプレート91は主に電子源基体81の強度を補強する目的で設けられるため、電子源基体81自体で十分な強度を持つ場合は別体のリアプレート91は不要とすることができる。 Since rear plate 91 is provided mainly for the purpose of reinforcing the strength of the electron source substrate 81, the rear plate 91 that is separate from the case with sufficient strength in the electron source substrate 81 itself may be omitted. 即ち、基体81に直接支持枠92を封着し、フェースプレート96、支持枠92及び基体81で外囲器97を構成しても良い。 That is, sealed directly support frame 92 to the substrate 81, the face plate 96 may be configured to envelope 97 by the support frame 92 and the substrate 81. 一方、フェースプレート96、リアプレート91間に、スペーサとよばれる不図示の支持体を設置することにより、大気圧に対して十分な強度をもつ外囲器97を構成することもできる。 On the other hand, the face plate 96, between the rear plate 91, by placing a support (not shown) called a spacer may be configured to envelope 97 with sufficient strength against the atmospheric pressure.
【0133】 [0133]
また、本実施の形態に係る電子放出部材4の均一化処理工程は、外囲器97を形成した後に、ガス導入チューブ98により、反応ガスを導入して行うこともできる。 Further, homogenization treatment step of the electron-emitting member 4 according to the present embodiment, after forming the envelope 97, the gas introduction tube 98, can also be carried out by introducing a reaction gas. なお、導入したガス及び反応生成物は排気チューブ99により随時除去される。 Incidentally, the gas introduced and the reaction products are optionally removed by an exhaust tube 99.
【0134】 [0134]
本実施の形態の画像形成装置は、テレビジョン放送の表示装置、テレビ会議システムやコンピュータ等の表示装置の他、感光性ドラム等を用いて構成された光プリンタとしての画像形成装置等としても用いることができる。 The image forming apparatus of the present embodiment, the display device of a television broadcast, another display device such as a television conference system or computer, used as an image forming apparatus such as an optical printer constructed using a photosensitive drum or the like be able to.
【0135】 [0135]
(実施例) (Example)
以下、本実施の形態についての具体的な実施例を詳細に説明する。 Hereinafter, specific examples of the present embodiment in detail.
【0136】 [0136]
(第1の実施例) (First Embodiment)
第1の実施例として、O ガス雰囲気下において、電子放出素子の陰極電極と引き出し電極間にバイアスして電子放出させ、均一化させた例を示す。 As a first example, the O 2 gas atmosphere, and the bias between a cathode electrode and the extraction electrode of the electron-emitting device is the electron emitted shows an example in which uniform. 図1に本実施例に係る電子放出素子の製造方法を示し、図3には作製した電子放出素子の平面図及び断面図を示す。 Show the manufacturing method of the electron-emitting device according to the present embodiment in FIG. 1, FIG. 3 shows a plan view and a cross-sectional view of an electron emission device produced. 以下に、本実施例に係る電子放出素子の製造工程を詳細に説明する。 Hereinafter, the manufacturing process of the electron-emitting device according to the present embodiment in detail.
【0137】 [0137]
(工程1(図1(a))) (Step 1 (FIG. 1 (a)))
基板1に石英基板を用い、十分洗浄を行った後、引き出し電極2及び陰極電極3として、スパッタ法により厚さ5nmのTi及び厚さ30nmのPtを連続的に蒸着を行なった。 The quartz substrate used as the substrate 1, after thoroughly washing, the extraction electrode 2 and the cathode electrode 3 was performed continuously depositing Pt Ti and thickness 30nm thick 5nm by a sputtering method.
【0138】 [0138]
次に、フォトリソグラフィ工程で、ポジ型フォトレジスト(AZ1500/クラリアント社製)を用いてレジストパターンを形成した。 Next, a photolithography process, a resist pattern was formed using a positive photoresist (AZ1500 / by Clariant).
【0139】 [0139]
次に、パターニングした前記フォトレジストをマスクとして、Arを用いてPt層,Ti層のドライエッチングを行い、電極間のギャップが5μmからなる引き出し電極2及び陰極電極3を形成した。 Next, the patterned the photoresist as a mask, Pt layer with Ar, subjected to dry etching of the Ti layer, the gap between the electrodes to form an extraction electrode 2 and the cathode electrode 3 made of 5 [mu] m.
【0140】 [0140]
(工程2(図1(b))) (Step 2 (FIG. 1 (b)))
次に、全体にCrをEB蒸着にて約100nmの厚さに堆積した。 Was then deposited Cr throughout the thickness of about 100nm by EB vapor deposition. フォトリソグラフィ工程で、ポジ型フォトレジスト(AZ1500/クラリアント社製)を用いてレジストパターンを形成した。 In the photolithography process, a resist pattern was formed using a positive photoresist (AZ1500 / by Clariant).
【0141】 [0141]
次に、パターニングした前記フォトレジストを、マスクとし、電子放出部材4を被覆すべき領域(100μm角)について陰極電極3上に形成し、開口部のCrを硝酸セリウム系のエッチング液で取り除いた。 Next, the patterned the photoresist, as a mask, the areas to be coated an electron emitting member 4 (100 [mu] m square) is formed on the cathode electrode 3 to remove Cr openings in the etching solution of cerium nitrate-based.
【0142】 [0142]
フォトレジストを剥離した後、Pd錯体にイソプロピルアルコール等を加えた錯体溶液を、スピンコートにて全体に塗布した。 After the photoresist is removed, a complex solution was added isopropyl alcohol to Pd complex, it was applied to the entire by spin coating.
【0143】 [0143]
塗布後、大気中300℃で熱処理を行い、酸化パラジウム41を約10nmの厚さに陰極電極3上に形成した後、Crを硝酸セリウム系のエッチング液にて取り除いた。 After coating, subjected to heat treatment at 300 ° C. in air, after forming on the cathode electrode 3 palladium oxide 41 to a thickness of about 10 nm, was removed Cr in an etching solution of cerium nitrate-based.
【0144】 [0144]
(工程3(図1(c))) (Step 3 (FIG. 1 (c)))
そして、200℃に加熱し、大気を排気後、窒素で希釈した2%水素気流中で熱処理を行った。 Then, it heated to 200 ° C., after exhausting the air, a heat treatment with 2% hydrogen stream diluted with nitrogen was performed. この段階で陰極電極3表面には粒子の直径が約3〜10nmの粒子42が形成された。 It particles 42 of about the diameter of the particles 3~10nm the cathode electrode 3 was formed on the surface at this stage. この時の粒子42の密度は約10 11 〜10 12個/cm と見積もられた。 The density of the particles 42 at this time was estimated to be about 1011 to 12 / cm 2.
【0145】 [0145]
(工程4(図1(d))) (Step 4 (FIG. 1 (d)))
続いて、窒素希釈した0.1%エチレン気流中で500℃、10分間加熱処理をした。 Subsequently, 500 ° C. with 0.1% ethylene stream was diluted with nitrogen, was heated for 10 minutes. これを走査電子顕微鏡で観察すると、Pd塗布領域に直径10〜25nm程度で、屈曲しながら繊維状に伸びた多数の繊維状カーボン43が形成されているのがわかった。 When observing this in a scanning electron microscope, with a diameter of about 10~25nm the Pd coating region, a large number of fibrous carbon 43 which extends in fibrous found that are formed with bent. このとき繊維状カーボン43の厚さは約500nmとなっていた。 At this time, the thickness of the fibrous carbon 43 had become about 500nm.
【0146】 [0146]
(工程5(図1(e))) (Step 5 (FIG. 1 (e)))
次に、図2の真空装置20内に素子を配置し、排気装置23により1×10 −5 Paまで排気した後、ガス導入バルブ22よりO ガスを真空装置20内の真空度が1×10 −4 Paになるまで導入し、陰極電極3に対して、引き出し電極2を正として、パルス電圧を印加した。 Next, place the device in the vacuum apparatus 20 of FIG. 2, after evacuating to 1 × 10 -5 Pa by the exhaust unit 23, the 1 × degree of vacuum in the vacuum device 20 the O 2 gas from the gas supply valve 22 was introduced until a 10 -4 Pa, with respect to the cathode electrode 3, the extraction electrode 2 as the positive, the pulse voltage was applied. この状態で1時間駆動して、電子放出部材4を均一化させた。 Driven 1 hour at this state was uniform the electron-emitting member 4.
【0147】 [0147]
そして、以上の工程によって形成された電子放出素子を図6の真空装置60中で、真空排気装置63によって2×10 −6 Paに到達するまで十分に排気し、図6に示したようH=2mm離れた陽極(アノード)61に、アノード電圧Va=10kV印加した。 Then, the electron-emitting device formed by the above steps in a vacuum system 60 of FIG. 6, as the vacuum exhaust device 63 is sufficiently evacuated until reaching 2 × 10 -6 Pa, as shown in FIG. 6 H = to 2mm apart anodes (anode) 61, and the anode voltage Va = 10 kV applied.
【0148】 [0148]
このとき、電子放出素子には素子電圧Vf=20Vのパルス電圧を印加して流れる素子電流Ifと電子放出電流Ieを計測した。 The time was measured device current If and electron emission current Ie flowing by applying pulse voltage of the device voltage Vf = 20V to the electron-emitting device.
【0149】 [0149]
電子放出素子のIe特性は、図7に示すように、印加電圧の約半分からIeが急激に増加し、Vfが15Vでは約1μAの電子放出電流Ieが測定された。 Ie characteristic of the electron-emitting device, as shown in FIG. 7, Ie is abruptly increased at about half of the applied voltage, Vf was measured electron emission current Ie of 15V at about 1 .mu.A. 時間に対するIeの変動が少ない良好な電子放出特性が得られた。 Good electron emission characteristic is small variation of Ie with time is obtained.
【0150】 [0150]
一方、IfはIeの特性に類似していたが、その値はIeと比較して一桁小さな値であった。 Meanwhile, If was similar to the characteristics of Ie, the value was an order of magnitude smaller value as compared with Ie.
【0151】 [0151]
図13を用いて、本実施例で行った均一化処理の機構について説明する。 With reference to FIG. 13, it described equalizing processing mechanism performed in the present embodiment. 図13は均一化処理の前後での素子特性の変化を示している。 Figure 13 shows the variation of device characteristics before and after the homogenization process.
【0152】 [0152]
図13の均一化処理前の電子放出素子は閾値V th1 (約1V/μm)で電子が放出する特性を示していた。 Electron-emitting devices before the homogenization treatment of 13 electrons showed the property of releasing the threshold value V th1 (about 1V / μm). そして、上記したように、O ガス雰囲気中で、素子にパルス電圧を加え駆動したところ、前述したカーボンの化学的エッチングの機構により素子の電子放出電流が急激に低下した。 Then, as described above, O 2 gas atmosphere, was driven added pulse voltage to the device, the electron emission current of the device is rapidly reduced by a mechanism of chemical etching of the carbon described above. そして、次第に素子に印加する電圧を上昇し、図13の閾値電圧V th2の時に電子放出が確認できなくなる程度まで処理を行った。 Then, rising the voltage applied progressively element, performing the process to the extent that the electron emission can not be checked when the threshold voltage V th2 of Figure 13.
【0153】 [0153]
次に、O ガスを排気後再び素子特性を評価すると閾値V th2から電子が放出される特性に変化していた。 Then, electrons from the threshold V th2 was changed to the characteristic that is released when the O 2 gas to evaluate again device characteristics after evacuation. この時、電子放出により得られた電子放出電流の変動幅が減少し、均一化処理により電子放出点が増加したものと思われる。 At this time, the variation width of the electron emission current obtained by the electron emission is reduced, the electron emission point seems to have increased by homogenization treatment.
【0154】 [0154]
尚、本実施例で得られた素子から放出された電子ビーム径は、Y方向に細長く、X方向に短い、略矩形形状であった。 Incidentally, the electron beam diameter emitted from the obtained device in this embodiment is elongated in the Y direction, short in the X direction and a generally rectangular shape.
【0155】 [0155]
(第2の実施例) (Second embodiment)
第2の実施例として、O ガス雰囲気下において、電子放出素子の陰極電極と、電子放出素子と対向する陽極(アノード)間にバイアスして電子放出させ、均一化工程を行った例を示す。 As a second example, shown in O 2 gas atmosphere, and the cathode electrode of the electron-emitting device, and the bias between the anode (anode) facing the electron-emitting device is an electron emission by an example in which the homogenizing step .
【0156】 [0156]
(工程1) (Step 1)
第1の実施例の工程1から工程4と同様な方法で、基板1上に素子引き出し電極2及び陰極電極3を形成し、陰極電極3上に電子放出部材4として繊維状カーボンを作製した。 In the same manner as in Step 4 from Step 1 of the first embodiment, to form the element extraction electrode 2 and the cathode electrode 3 on the substrate 1, to produce a fibrous carbon as an electron-emitting member 4 on the cathode electrode 3.
【0157】 [0157]
(工程2) (Step 2)
上記の電子放出素子を図2のような真空装置20に設置し、真空排気装置23によって2×10 −6 Paに到達するまで十分に排気した後、ガス導入バルブ22からO ガスを真空装置20内の真空度が1×10 −4 Paになるまで導入し、電子放出素子の陰極電極3に対して、電子放出素子の引き出し電極2を正として、Vf=20Vのパルス電圧(パルス幅:10msec、パルス長:4msec)を印加した。 The above electron-emitting device was placed in a vacuum apparatus 20 as shown in FIG. 2, was thoroughly evacuated until reaching a vacuum exhaust apparatus 23 to 2 × 10 -6 Pa, the vacuum device O 2 gas from the gas supply valve 22 the degree of vacuum in 20 was introduced until 1 × 10 -4 Pa, with respect to the cathode electrode 3 of the electron-emitting device, the extraction electrode 2 of the electron-emitting device as a positive, Vf = 20V pulse voltage (pulse width: 10msec, pulse length: 4msec) was applied. 同時に、電子放出素子の陰極電極3に対して、アノード24を正としてVa=10kVの電圧を印加した。 At the same time, with respect to the cathode electrode 3 of the electron-emitting device, the applied voltage was Va = 10 kV anode 24 as a positive. この状態で1時間駆動して、電子放出部材4の均一化を行った。 Driven 1 hour in this state was subjected to uniform electron emission element 4.
【0158】 [0158]
以上のようにして作製した電子放出素子を、Vfを15Vに固定し、アノード間距離Hを2mmに固定し、アノード電圧Va10kVとして駆動した。 The electron-emitting device manufactured as described above, to secure the Vf to 15V, fixed anode distance H to 2 mm, was driven as the anode voltage Va10kV. このようにしても、第1の実施例と同様に安定したIeが得られた。 Even in this case, stable Ie was obtained in the same manner as the first embodiment.
【0159】 [0159]
(第3の実施例) (Third Embodiment)
電子放出素子を複数配置したマトリクス電子源からなる表示装置において、マトリクスのライン毎に均一化処理を行った例について、図8,図9を用いて説明する。 In the display device comprising an electron-emitting device from a plurality placed the matrix electron emitter, for example in which the homogenization treatment per matrix line, FIG. 8, will be described with reference to FIG.
【0160】 [0160]
図8において、81は電子源基体、82はX方向配線、83はY方向配線である。 8, the electron source substrate 81, 82 is X-direction wiring, 83 is a Y-direction wiring. 84は電子放出素子、85は結線である。 84 the electron-emitting device, 85 is a connection.
【0161】 [0161]
複数配置したことに伴う素子容量が増大すると、図8に示すマトリクス配線においては、パルス幅変調に伴う短いパルスを加えても容量成分により波形がなまり、期待した階調が取れない等の問題が生じる。 When device capacitance associated with it a plurality placed is increased, in the matrix wiring shown in Figure 8, the pulse width waveform rounding by a capacity component be added to a short pulse caused by modulation, problems such it is not possible to tone the expected occur.
【0162】 [0162]
このため、本実施例では、第1の実施例に示したように、電子放出部材4のすぐ脇に、層間絶縁層を配し、電子放出領域以外での容量性分の増加を低減する構造を採用した。 Therefore, in this embodiment, as shown in the first embodiment, immediately beside the electron-emitting member 4, arranged interlayer insulating layer, reducing the increase in capacitive component other than the electron emitting region structure It was adopted.
【0163】 [0163]
図8において、X方向配線82はDx1,Dx2,. In FIG. 8, X-direction wirings 82 Dx1, Dx2,. . DXmのm本の配線からなり、蒸着方にて形成された厚さ約1μm、幅300μmのアルミニウム系配線材料で構成されている。 Consists m of wires of DXm, a thickness of about 1μm formed by vapor deposition side, is made of aluminum-based wiring material having a width 300 [mu] m. 配線の材料,膜厚,巾は適宜設計される。 Material of the wiring, film thickness, width is appropriately designed.
【0164】 [0164]
Y方向配線83はDy1,Dy2,. Y-direction wiring 83 Dy1, Dy2,. . Dynのn本の配線からなり、厚さ0.5μm、幅100μmでX方向配線82と同様に形成される。 Consists n wirings of dyn, thickness 0.5 [mu] m, is formed in the same manner as the X-direction wiring 82 in width 100 [mu] m.
【0165】 [0165]
これらm本のX方向配線82とn本のY方向配線83との間には、不図示の層間絶縁層が設けられており、両者を電気的に分離している(m,nは、共に正の整数)。 Between these m X-directional wires 82 and n Y-directional wires 83, and an interlayer insulating layer (not shown) is provided, and electrically separate them (m, n are both Positive integer).
【0166】 [0166]
不図示の層間絶縁層は、スパッタ法等を用いて厚さ約0.8μmのSiO で構成された。 An unshown interlayer insulating layer is formed of a thickness of about 0.8μm of SiO 2 by sputtering or the like. X方向配線82を形成した基体81の全面或は一部に所望の形状で形成され、特に、X方向配線82とY方向配線83の交差部の電位差に耐え得るように、本実施例では1素子当たりの素子容量が1pF以下、素子耐圧30Vになるように層間絶縁層の厚さが決められた。 Is formed on the entire surface or a part of the substrate 81 forming the X-direction wiring 82 in a desired shape, in particular, as can withstand the potential difference between the intersections of the X-direction wiring 82 and Y-direction wiring 83, in the present embodiment 1 element capacity per element 1pF or less, has been determined the thickness of the interlayer insulating layer such that the element breakdown voltage 30 V.
【0167】 [0167]
X方向配線82とY方向配線83は、それぞれ外部端子として引き出されている。 X direction wiring 82 and Y-direction wiring 83 are respectively led out as external terminals.
【0168】 [0168]
本発明の放出素子84を構成する一対の電極(不図示)は、m本のX方向配線82とn本のY方向配線83と導電性金属等からなる結線85によって電気的に接続されている。 A pair of electrodes constituting the emitting device 84 of the present invention (not shown) are electrically connected by the X-direction wirings 82 and n Y-directional wirings 83 and the connection 85 made of a conductive metal such m the .
【0169】 [0169]
本実施例においてはY方向配線は陰極電極側、X方向配線は引き出し電極側になるように接続された。 Y-direction wirings in this embodiment the cathode electrode side, X-direction wirings are connected such that the extraction electrode side.
【0170】 [0170]
Dy1,Dy2,. Dy1, Dy2 ,. . Dynのn本のY方向配線を共通としてアースに落とし、アースに対して正側のパルス電圧をDx1に印加してDx1行の電子放出素子84を選択して均一化処理を行った。 It dropped to ground the n Y-directional wirings Dyn common, was subjected to homogenization treatment by selecting an electron-emitting device 84 of Dx1 line is applied to Dx1 a pulse voltage of the positive side with respect to ground.
【0171】 [0171]
続いてDx2に同様な電圧を印加して、Dx2行の電子放出素子84を選択して均一化処理を行った。 Followed by applying a similar voltage to Dx2, it was uniformization process by selecting an electron-emitting device 84 of Dx2 line. 同様にして、Dx3,Dx4,・・Dxm行を選択してX方向線順次に均一化処理を行った。 Similarly, Dx3, Dx4, by selecting · · Dxm line was subjected to X-direction line sequentially homogenization process.
【0172】 [0172]
このような単純マトリクス配置の電子源を用いて構成した画像形成装置について、図9を用いて説明する。 An image forming apparatus comprising an electron source having a simple matrix arrangement is described with reference to FIG. 図9は、ガラス基板材料としてソーダライムガラスを用いた画像形成装置の表示パネルを示す図である。 Figure 9 is a view showing a display panel of an image forming apparatus using a soda-lime glass as the glass substrate material.
【0173】 [0173]
図9において、81は電子放出素子を複数配した電子源基体、91は電子源基体81を固定したリアプレート、96はガラス基体93の内面に蛍光膜94とメタルバック95等が形成されたフェースプレートである。 9, an electron source substrate arranged a plurality of electron-emitting devices 81, rear plate fixing the electron source substrate 81 91, faces or the like fluorescent film 94 and a metal back 95 on the inner surface of the glass substrate 93 is formed is 96 a plate. 92は、支持枠であり該支持枠92には、リアプレート91、フェースプレート96がフリットガラス等を用いて接続されている。 92, to the support frame 92 is a support frame, the rear plate 91, face plate 96 are connected using frit glass or the like. 97は外囲器であり、真空中で、450℃の温度範囲で10分焼成することで、封着して構成される。 97 is an envelope, in a vacuum, by baking 10 minutes at a temperature range of 450 ° C., constituted by sealing.
【0174】 [0174]
84は電子放出素子に相当する。 84 corresponds to the electron-emitting device. 82,83は電子放出素子の一対の素子電極と接続されたX方向配線、Y方向配線である。 82 and 83 the X-direction wiring connected to a pair of device electrodes of the electron-emitting device, a Y-direction wiring. X方向配線82及びY方向配線83はそれぞれの行配線及び列配線がDox1乃至Doxm及びDoy1乃至Doynの端子として外囲器97の外部へ取り出される。 X-direction wiring 82 and Y-direction wirings 83 each of row wirings and column wirings is taken to the outside of the envelope 97 as Dox1 to Doxm and Doy1 to Doyn of terminals.
【0175】 [0175]
外囲器97は、上述の如く、フェースプレート96、支持枠92、リアプレート91で構成される。 Envelope 97, as described above, the face plate 96, supporting frame 92, and the rear plate 91. 一方、フェースプレート96とリアプレート91間に、スペーサとよばれる不図示の支持体を設置することにより、大気圧に対して十分な強度をもつ外囲器97を構成している。 On the other hand, between face plate 96 and the rear plate 91, by placing a support (not shown) called a spacer, constitute the envelope 97 with sufficient strength against the atmospheric pressure.
【0176】 [0176]
メタルバック95は、蛍光膜94作製後、蛍光膜94の内面側表面の平滑化処理(通常、「フィルミング」と呼ばれる。)を行い、その後真空蒸着等を用いてAlを堆積させることで作られた。 The metal back 95, the fluorescent film 94 after the production, performed by smoothing the inner surface of the fluorescent film 94 (usually called "filming".), Created by thereafter depositing Al using vacuum evaporation or the like obtained.
【0177】 [0177]
フェースプレート96には、更に蛍光膜94の導電性を高めるため、蛍光膜94の外面側に透明電極(不図示)を設けた。 The face plate 96, in order to raise the conductivity of the fluorescent film 94, provided with a transparent electrode (not shown) on the outer surface side of the fluorescent film 94.
【0178】 [0178]
本実施例では、電子源からの電子放出は引き出し電極2側に出射されるので、アノード電圧Vaが10kVで、アノード間距離Hが2mmの時は、引き出し電極2側に200μm偏移した位置に対応して蛍光膜94が配置された。 In this embodiment, since the electron emission from the electron source are emitted to the extraction electrode 2 side, the anode voltage Va is 10 kV, when the anode distance H is 2mm at a position which is 200μm shifted to an extraction electrode 2 side fluorescent film 94 is arranged to correspond.
【0179】 [0179]
このようにして得られたマトリクス電子源は、各電子放出素子84毎の特性が揃いIeの分布が少なく、表示装置等に非常に好ましいものであった。 Such matrix electron source obtained in the characteristics of each electron-emitting device 84 is less distribution matching Ie, it was very favorable to the display device or the like.
【0180】 [0180]
(第4の実施例) (Fourth Embodiment)
本実施例では、第3の実施例の電子放出素子を複数配置したマトリクス電子源からなる画像形成装置としての表示装置において、各電子放出素子毎に均一化処理を行った例を示す。 In this embodiment, the display device of the electron-emitting device of the third embodiment as an image forming apparatus comprising a plurality placed the matrix electron source, an example of performing a uniform process for each electron-emitting device.
【0181】 [0181]
第3の実施例と同様に図8のようなマトリクス電子源を作製した。 To prepare a matrix electron source, such as a third embodiment and similarly FIG. 本実施例においても、Y方向配線83は陰極電極側、X方向配線82は引き出し電極側になるように接続した。 In this embodiment, Y direction wiring 83 is the cathode electrode side, the X-direction wiring 82 are connected so that the extraction electrode side.
【0182】 [0182]
Dy1とDx1に電圧を印加し、Dy1とDx1の交差部にあたる電子放出素子84を選択し、独立に駆動して均一化処理を行った。 A voltage is applied to Dy1 and Dx1, select electron-emitting devices 84 corresponding to intersections of Dy1 and Dx1, it was uniformization process is driven independently.
【0183】 [0183]
続いてDy1とDx2に同様な電圧を印加して、Dy1とDx2の交差部の電子放出素子84を独立選択して均一化処理を行った。 Followed by applying a similar voltage to the Dy1 and Dx2, it was uniform treatment independently selected electron-emitting devices 84 of the intersection of Dy1 and Dx2. 同様にして各電子放出素子84の一個ずつについて均一化処理を行った。 The homogenization process was carried out for one by one of each electron-emitting device 84 in a similar manner.
【0184】 [0184]
本実施例で作製したマトリクス電子源を用いて第3の実施例と同様に図9のような表示装置を作製した。 Similar to the third embodiment using a matrix electron source manufactured in this example was fabricated the display device as shown in FIG. 9.
【0185】 [0185]
このようにして得られたマトリクス電子源では、さらにIeの分布が少なく、表示装置等に非常に好ましいものであった。 In such matrix electron source obtained in the further small distribution Ie, it was very favorable to the display device or the like.
【0186】 [0186]
【発明の効果】 【Effect of the invention】
以上説明したように、本発明は、電子放出部材であるファイバーの複数の突起間の形状を均一化したことにより、電子放出部材で局所的な電界集中が防止され、電子放出特性の均一化を図ることができると共に、局所的な電界集中で電流密度が高くなって過負荷がかかり、放出電流の衰退が起こることが抑制できる。 As described above, the present invention, by the uniform shape among the plurality of projections of the fiber which is an electron-emitting member, a local electric field concentration in the electron emission member is prevented, the uniformity of electron emission characteristics it is possible to achieve, overload takes a current density becomes high in a local electric field concentration can be suppressed that the decline of the emission current occurs.
【0187】 [0187]
このため、放電を誘発することを抑制でき、電子放出素子の寿命をより長くすることができ、時間に対して変動の少ない安定した電子放出電流を長期にわたって維持することができる。 Therefore, it is possible to suppress to induce discharge, the life of the electron-emitting devices can be made to longer can be maintained over a long period of time less stable electron emission current fluctuation versus time.
【0188】 [0188]
そして、複数の電子放出素子を備えた電子源及び画像形成装置に対しても、各電子放出素子の電子放出電流が安定して維持されることから各画素の耐久性が向上し、画像の明暗を上手く表現でき、画像のチラつきを防止でき、長期にわたって均一な表示特性を有する。 Even with respect to the electron source and an image forming apparatus having a plurality of electron-emitting devices, improves the durability of each pixel since the electron emission current of each electron-emitting device is maintained in a stable manner, contrast of the image the can successfully expressed, it can prevent image flickering, and have a uniform display characteristics over time.
【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
【図1】第1の実施例に係る電子放出素子の製造方法を示す図である。 1 is a diagram showing a method of manufacturing an electron-emitting device according to the first embodiment.
【図2】実施の形態に係る電子放出部材の微細突起の形状を均一化する工程を示す図である。 2 is a diagram showing a step of equalizing the shape of the fine protrusion of the electron-emitting member according to the embodiment.
【図3】実施の形態に係る電子放出素子を示す図である。 3 is a diagram showing an electron emission device according to an embodiment.
【図4】実施の形態に係る電子放出素子の製造工程を示す図である。 4 is a diagram showing a manufacturing process of the electron-emitting device according to an embodiment.
【図5】電子放出素子の時間に対する放出電流の変化を示す図である。 5 is a diagram showing a change in emission current with respect to time of the electron-emitting device.
【図6】電子放出素子を動作させる時の構成例を示す図である。 6 is a diagram showing a configuration example when operating an electron-emitting device.
【図7】実施の形態に係る電子放出素子の動作特性例を示す図である。 7 is a diagram showing an operation example of characteristics of the electron-emitting device according to the embodiment.
【図8】実施の形態に係る単純マトリクス回路の電子源の構成例を示す図である。 8 is a diagram showing a configuration example of an electron source of simple matrix circuit according to an embodiment.
【図9】実施の形態に係る電子源を用いた、画像形成装置の構成例を示す図である。 9 using the electron source according to the embodiment, a diagram showing a configuration example of an image forming apparatus.
【図10】カーボンナノチューブの構造を示す概要図である。 FIG. 10 is a schematic diagram showing the structure of carbon nanotubes.
【図11】グラファイトナノファイバーの構造を示す概要図である。 11 is a schematic diagram showing the structure of a graphite nanofiber.
【図12】本発明の均一化処理前の複数の素子の様子を示す模式図である。 It is a schematic diagram showing a state of homogenization process before the plurality of elements of the present invention; FIG.
【図13】本発明の均一化処理の前後を示す模式図である。 13 is a schematic diagram illustrating before and after homogenization process of the present invention.
【図14】従来の縦型FE型電子放出素子を示す図である。 14 is a diagram showing a conventional vertical FE type electron-emitting device.
【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS
1 基板2 引き出し電極3 陰極電極4 電子放出部材20 真空装置22 ガス導入バルブ23 真空排気装置24 アノード25 等電位面41 酸化パラジウム42 粒子43 繊維状カーボン60 真空装置61 アノード62 蛍光体63 真空排気装置64 電界集中点66 等電位線 1 substrate 2 extraction electrode 3 cathode electrode 4 electron emission member 20 vacuum device 22 the gas inlet valve 23 evacuator 24 the anode 25 equipotential surface 41 palladium oxide 42 particles 43 fibrous carbon 60 vacuum device 61 the anode 62 phosphor 63 evacuator 64 electric field concentration point 66 such potential line

Claims (19)

  1. 電子放出素子の製造方法であって、 A method of manufacturing an electron-emitting device,
    複数の繊維状カーボンを備えた陰極電極が設けられた基板を用意する工程と、 A step in which the cathode electrodes providing a substrate provided with a plurality of fibrous carbon,
    前記陰極電極に対向する対向電極を配置する工程と Placing a counter electrode opposed to the cathode electrode,
    減圧雰囲気中において、前記対向電極の電位が前記陰極電極の電位よりも高くなるように前記陰極電極と前記対向電極との間にパルス電圧を繰り返し印加することにより、前記繊維状カーボンを部分的に除去する工程と、 In a reduced pressure atmosphere, by the potential of the opposing electrode is repeatedly applying a pulse voltage between the cathode electrode and the counter electrode so as to be higher than the potential of the cathode electrode, the fibrous carbon partially and removing,
    を有することを特徴とする電子放出素子の製造方法。 A method of manufacturing an electron-emitting device characterized by having a.
  2. 前記繊維状カーボンカーボンナノチューブもしくはアモルファスカーボンファイバーからなることを特徴とする請求項に記載の電子放出素子の製造方法。 The fibrous carbon, a manufacturing method of the electron-emitting device according to claim 1, characterized in that a carbon nanotube or an amorphous carbon fiber.
  3. 電子放出素子の製造方法であって、 A method of manufacturing an electron-emitting device,
    複数の繊維状カーボンを備えた陰極電極が設けられた基板を用意する工程と、 A step in which the cathode electrodes providing a substrate provided with a plurality of fibrous carbon,
    前記陰極電極に対向する対向電極を配置する工程と Placing a counter electrode opposed to the cathode electrode,
    減圧雰囲気中において、前記対向電極の電位が前記陰極電極の電位よりも高くなるように前記陰極電極と前記対向電極との間に電圧を印加することにより、前記繊維状カーボンを部分的に除去する工程と、 In a reduced pressure atmosphere, by the potential of the counter electrode to apply a voltage between the cathode electrode and the counter electrode so as to be higher than the potential of the cathode electrode to partially remove the fibrous carbon and a step,
    を有し、 I have a,
    前記複数の繊維状カーボンの各々は、複数のグラフェンを有し、前記複数のグラフェンが前記繊維状カーボンの各々の軸方向に積層されてなることを特徴とする電子放出素子の製造方法。 Each of the plurality of fibrous carbon has a plurality of graphenes method of manufacturing an electron-emitting device, wherein the plurality of graphene, characterized in that formed by laminating in the axial direction of each of the fibrous carbon.
  4. 前記陰極電極と前記対向電極との間に電圧を印加する工程は、 前記陰極電極と前記対向電極との間にパルス電圧を繰り返し印加する工程であることを特徴とする請求項に記載の電子放出素子の製造方法。 Applying a voltage between the cathode electrode and the counter electrode, electrons according to claim 3, wherein a step of repeatedly applying a pulse voltage between the cathode electrode and the counter electrode method of manufacturing the emission device.
  5. 前記対向電極は、前記基板とは離間して配置されるアノード電極であることを特徴とする請求項1 乃至4のいずれか1項に記載の電子放出素子の製造方法。 Wherein the counter electrode, method of manufacturing an electron-emitting device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that said substrate is an anode electrode spaced apart.
  6. 前記対向電極は、前記陰極電極と間隔を置いて、前記基板の表面上に配置される引き出し電極であることを特徴とする請求項1 乃至4のいずれか1項に記載の電子放出素子の製造方法。 The counter electrode, at the cathode electrode and the spacing, the production of electron-emitting device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that a lead electrode disposed on the surface of the substrate Method.
  7. 前記陰極電極と前記対向電極との間に電圧を印加する工程は、エミッションサイトの数を増加させる工程であることを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載の電子放出素子の製造方法。 Applying a voltage between the cathode electrode and the counter electrode, the electron-emitting device according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the step of increasing the number of emission sites Production method.
  8. 前記陰極電極と前記対向電極との間に電圧を印加する工程において、 前記陰極電極と前記対向電極との間に印加される電圧は、前記繊維状カーボンから電子が放出される電圧であることを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載の電子放出素子の製造方法。 In applying a voltage between the counter electrode and the cathode electrode, in that the voltage applied between the cathode electrode and the counter electrode, electrons from the fibrous carbon is a voltage that is released a method of manufacturing an electron-emitting device according to any one of claims 1 to 7, characterized.
  9. 前記陰極電極と前記対向電極との間に電圧を印加する工程は、前記繊維状カーボンと反応する反応ガスを含む雰囲気中で行われることを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載の電子放出素子の製造方法。 Applying a voltage between the counter electrode and the cathode electrode, in any one of claims 1 to 8, characterized in that is carried out in an atmosphere containing a reactive gas that reacts with the fibrous carbon a method of manufacturing an electron-emitting device according.
  10. 前記反応ガスは、O 2 、H 2 、CO 2 、H 2 Oのいずれかであることを特徴とする請求項に記載の電子放出素子の製造方法。 The reaction gas, O 2, H 2, CO 2, the manufacturing method of the electron-emitting device according to claim 9, characterized in that H is 2 O either.
  11. 前記反応ガスの導入圧力は、1×10 -4 Pa以上であることを特徴とする請求項又は10に記載の電子放出素子の製造方法。 The introduction pressure of the reaction gas, 1 × 10 -4 A method of manufacturing an electron-emitting device according to claim 9 or 10, characterized in that at Pa or more.
  12. 前記繊維状カーボンは、炭化水素ガスを分解して形成されることを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載の電子放出素子の製造方法。 The fibrous carbon, a manufacturing method of the electron-emitting device according to any one of claims 1 to 11, characterized in that it is formed by decomposing a hydrocarbon gas.
  13. 前記繊維状カーボンは、前記陰極電極上に予め配置された触媒を用いて、前記炭化水素ガスを分解して形成されることを特徴とする請求項12に記載の電子放出素子の製造方法。 The fibrous carbon, the use of pre-arranged catalyst on the cathode electrode, method of manufacturing an electron-emitting device according to claim 12, characterized in that it is formed by decomposing the hydrocarbon gas.
  14. 前記触媒は、Fe、Co、Pd、Ni、又はこれらの中から選択された材料の合金からなることを特徴とする請求項13に記載の電子放出素子の製造方法。 The catalyst, Fe, Co, Pd, Ni , or method of manufacturing an electron-emitting device according to claim 13, characterized in that it consists of a material selected alloys from these.
  15. 電子放出素子を複数配列した電子源の製造方法であって、 The electron-emitting devices A method of manufacturing a arrayed electron source,
    前記電子放出素子が請求項1乃至14のいずれか1項に記載の方法により製造されることを特徴とする電子源の製造方法。 Method of manufacturing an electron source, wherein said electron-emitting devices are manufactured by a method according to any one of claims 1 to 14.
  16. 前記電子源は、更に、複数の行方向配線と、該複数の行方向配線と交差する複数の列方向配線と、を備え、前記複数の電子放出素子の各々が前記複数の行方向配線の1つと前記複数の列方向配線の1つと接続されており、 The electron source further comprises a plurality of row wirings, a plurality of column wirings intersecting the plurality of row wirings, the each of the plurality of electron-emitting devices of the plurality of row wirings 1 bract plurality of being connected with one of the column wirings,
    前記陰極電極と前記対向電極との間に電圧を印加する工程は、前記複数の列方向配線又は前記複数の行方向配線の中から一部の列方向配線又は行方向配線を選択して、前記対向電極と、前記選択された配線に接続される電子放出素子の前記陰極電極との間に、前記対向電極の電位が前記陰極電極の電位よりも高くなるように電圧を印加する工程であることを特徴とする請求項15に記載の電子源の製造方法。 Applying a voltage between the counter electrode and the cathode electrode is to select a portion of the column-direction wiring or row wirings from the plurality of column wirings or the plurality of row wirings, the and the counter electrode, between the cathode electrode of the electron-emitting devices connected to the selected line, that the potential of the counter electrode is a step of applying a voltage to be higher than the potential of the cathode electrode a method of manufacturing an electron source according to claim 15, wherein.
  17. 電子源と画像形成部材とを有する画像形成装置の製造方法であって、 A manufacturing method of an image forming apparatus having an electron source and an image forming member,
    前記電子源が請求項15又は16に記載の方法により製造されることを特徴とする画像形成装置の製造方法。 Method of manufacturing an image forming apparatus, wherein said electron source is manufactured by the method according to claim 15 or 16.
  18. 前記画像形成装置は、前記画像形成部材が配置された第1の基板と、前記電子源が配置された第2の基板と、が封着されたものであり、 The image forming apparatus includes a first substrate on which the image forming member is disposed, and a second substrate on which the electron source is arranged, which but is sealed,
    前記陰極電極と対向電極との間に電圧を印加する工程が、前記第1の基板と前記第2の基板とが封着される前に行われることを特徴とする請求項17に記載の画像形成装置の製造方法。 Image according to claim 17, wherein the step of applying a voltage between the cathode electrode and the counter electrode, wherein the carried out that before the said first substrate a second substrate are sealed manufacturing method of forming apparatus.
  19. 画像形成装置を有するテレビジョンの製造方法であって、 A television production method having an image forming apparatus,
    前記画像形成装置は、請求項17又は18に記載の方法により製造されたことを特徴とするテレビジョンの製造方法。 Wherein the image forming apparatus, a method of manufacturing a television, characterized in that it is manufactured by the method according to claim 17 or 18.
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